Шпаргалки к экзаменам и зачётам

 

Назначение, основные требования, предъявляемые к системе, приборам, аппаратам системы электроснабжения.

 

Назначение - системы - питание электрической энергией всех потребителей;

приборов и аппаратов - обеспечение надежной безопасной работы системы.

Требования- обеспечить надежное функционирование двигателя, трансмиссии и ходовой части, безопасность движения, автоматизацию рабочих процессов автомобиля и комфортные условия для водителей и пассажиров.

 

Общее устройство и направление развития.

Автомобильное электрооборудование включает в себя следующие системы и устройства:

электроснабжения;

электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания; освещения, световой и звуковой сигнализации; электронные системы управления агрегатами автомобиля; информации и контроля технического состояния автомобиля и его аг­регатов;

электропривода; подавления радиопомех;

коммутационные, защитные устройства и электропроводку.

В систему электроснабжения входят генераторная установка и аккумуляторная батарея. К системе электростартерного пуска относят аккумуляторную батарею, электростартер, реле управления (дополнительные реле и реле блокировки) и электротехнические устройства для облегчения пуска двигателя. Система зажи­гания обеспечивает воспламенение рабочей смеси в цилиндрах бензинового дви­гателя искрой высокого напряжения, возникающей между электродами свечи за­жигания. Помимо свечей, к системе зажигания относятся катушка зажигания, прерыватель-распределитель, датчик-распределитель, транзисторный комму­татор, добавочный резистор, высоковольтные провода, наконечники и т.д. Сис­тема освещения и световой сигнализации объединяет осветительные приборы (фары головного освещения), светосигнальные фонари (габаритные огни, указа­тели поворота, стоп-сигналы, фонари заднего хода и др.) и различные реле уп­равления ими. Система информации и контроля включает в себя датчики и ука­затели давления, температуры, уровня топлива в баке, спидометр, тахометр, сигнальные (контрольные) лампы и пр. Электропривод (электродвигатели, мото­редукторы, мотонасосы) находит все большее применение в системах стекло- очистки, отопления, вентиляции, предпускового подогрева двигателя, подъема и опускания антенны, блокировки дверей и в стеклоподъемниках. Используется разнообразная коммутационная и защитная аппаратура: выключатели, пере­ключатели, реле различного назначения, контакторы, предохранители и блоки предохранителей, соединительные панели и разъемные соединения. Развитие электрооборудования автомобилей тесно связано с широким применением элек­троники и микропроцессоров, обеспечивающих автоматизацию и оптимизацию рабочих процессов, большую безопасность движения, снижение токсичности от­работавших газов и улучшение условий работы водителей.

Направления развития.

Количество и мощность потребителей электроэнергии на автомобилях постоян­но увеличиваются. Соответственно, возрастает мощность источников электриче­ской энергии. Растут и требования к точности в работе приборов. На смену прежнему электрооборудованию приходят новые, более сложные по конструкции и схемным решениям электрические и электронные из­делия и системы. От технического состояния электрооборудования во многом за­висит эксплуатационная надежность и производительность автомобиля.

 

Принципиальная схема электроснабжения. Принцип работы.

Принцип работы системы.

Источниками электрической энергии на автомобиле являются генератор и аккумуляторная ба­тарея, включенные параллельно.

При работающем двигателе генератор является основным ис­точником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потре­бителей и заряд аккумуляторной батареи. При неработающем дви­гателе функции источника электроэнергии переходят к аккумуля­торной батарее, которая также должна обеспечивать надежный пуск двигателя.

Автомобильные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах. Для автоматического поддержания напряжения генератора на за­данном уровне при изменении частоты вращения и нагрузки пред­назначен регулятор напряжения.

 

 

 

Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи, назначение. Требования.

Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи предназначены для электроснабже­ния стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания и других потребителей электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности. Работая параллельно с генераторной установкой, батарея устраняет перегрузки генератора и возможные перенапряжения в системе электрообору­дования в случае нарушения регулировки или при выходе из строя регулятора напряжения, сглаживает пульсации напряжения генератора, а также обеспечи­вает питание всех потребителей в случае отказа генератора и возможность дальнейшего движения автомобиля за счет резервной емкости. Батарея на автомобиле входит в состав не только системы электростартерного пуска, но и других систем электрического и электронного оборудования. Особенности режима работы "на электростартер" выделяют автомобильные аккумуляторные батареи в особый класс стартерных батарей.

Требования.

Учитывая сложные условия работы, к автомобильным аккумуляторным бата­реям предъявляется ряд требований, выполнение которых обеспечивает их вы­сокую эксплуатационную надежность. В перечне этих требований высокая ме­ханическая прочность, работоспособность в широком диапазоне температур и разрядных токов, малое внутреннее сопротивление, небольшие потери энергии при длительном бездействии (малый саморазряд), необходимая емкость при не­больших габаритных размерах и массе, достаточный срок службы, малые затра­ты труда и средств на техническое обслуживание. Батареи должны иметь дос­таточный запас энергии для осуществления надежного пуска двигателя при низких температурах, для питания потребителей электроэнергии на автомобиле в случае выхода из строя генераторной установки, а также для других нужд, возникающих в аварийных ситуациях.

Батареи обычной конструкции и с общей крышкой должны быть механически прочными при испытании в следующем режиме:

ускорение, м/с² ......... 147 (15д)

длительность импульсов, мс

(только в вертикальном направлении)........... 2-15

общее число ударов, тыс...... 10

ориентировочное число ударов в минуту...... 40-80

После испытаний батареи должны иметь нормированную продолжительность стартерного разряда, не должны иметься кратковременная вибрационная нагрузка 5д (ускорение 49 м/с²) с ориентиро­вочной частотой до 30 Гц.

Аккумуляторные батареи должны выдерживать испытание на герметичность на выводах и в стыках между моноблоком и крышками при давлении, повышен­ном или пониженном на (20±1,33) кПа по сравнению с нормальным атмосфер­ным. Герметизирующие материалы должны быть стойкими к воздействию тем­ператур в пределах от -40 до 160°С, а сварные швы - в пределах от -50 до 60°С.

Полная герметичность аккумуляторных батарей с решетками электродов из свинцово-сурьмянистых сплавов невозможна вследствие выделения газов как во время работы, так и при хранении.

Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи должны быть работоспособ­ными при температуре окружающего воздуха от - 40 до 60°С (батареи обычной конструкции) и от -50 до 60°С (батареи с общей крышкой и необслуживаемые). Рабочая температура электролита не должна превышать 50°С.

Следует обеспечить свободный доступ к аккумуляторной батарее для осмот­ра и технического обслуживания. Техническое обслуживание батареи должно быть минимальным по объему, не требовать от водителей и обслуживающего персонала высокой квалификации (специальной подготовки), использования сложного и дорогостоящего оборудования.

Важное требование к стартерным аккумуляторным батареям - минимальное внутреннее сопротивление и внутреннее падение напряжения при больших то­ках разряда в стартерном режиме. Батареи должны выдерживать кратковре­менные разряды стартерными токами большой силы без разрушения пластин и ухудшения характеристик при дальнейшей эксплуатации.

Срок службы стартерных аккумуляторных батарей должен быть близким или кратным срокам межремонтного пробега автомобиля.

 

 

 

Устройство стартерной аккумуляторной батареи. Принцип действия свинцового аккумулятора.

Различные типы стартерных аккумуляторных батарей имеют свои конструк­тивные особенности, однако в их устройстве много общего. По конструктивно - функциональному признаку выделяют батареи: обычной конструкции - в моно­блоке с ячеечными крышками и межэлементными перемычками над крышками; батареи в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой; батареи необслуживаемые - с общей крышкой, не требующие ухода в эксплуатации.

Свинцовый аккумулятор, как обратимый химический источник тока, состоит из блока разноименных электродов, помещенных в сосуд, заполненный элект­ролитом. Стартерная батарея в зависимости от требуемого напряжения содер­жит несколько последовательно соединенных аккумуляторов.

В стартерных батареях собранные в полублоки 3 и 12 (рис 2.1) положитель­ные 15 и отрицательные 16 электроды (пластины) аккумуляторов размещены в отдельных ячейках моноблока (кор­пуса) 2. Разнополярные электроды в блоках разделены сепараторами 9. Батареи обычной конструкции выпол­нены в моноблоке с ячеечными крыш­ками 7. Заливочные отверстия в крышках закрыты пробками 5. Межэ­лементные перемычки 6 расположены над крышками. В качестве токоотводов предусмотрены полюсные выво­ды 8. Кроме того, в батарее может быть размещен предохранительный щиток. В конструкции батареи преду­сматривают и дополнительные крепежные детали.

Электроды в виде пластин намазного типа имеют решетки, ячейки кото­рых заполнены активными вещества­ми. В полностью заряженном свинцо­вом аккумуляторе диоксид свинца по­ложительного электрода имеет тем­но-коричневый цвет, а губчатый сви­нец отрицательного электрода - се­рый цвет.

Решетки электродов выполняют функции подвода тока к активному веществу и механического удержания активного вещества. Решетки элект­родов имеют рамку 2 (рис 2.2), верти­кальные ребра и горизонтальные жил­ки 4, ушки 1 и по две опорные ножки 3 (кроме решеток отрицательных элект­родов необслуживаемых батарей). Ребра могут быть и наклонными. Профиль ребер и жилок обеспечивает легкое из­влечение решетки из литейной формы. Горизонтальные жилки по толщине обычно меньше вертикальных ребер и располагаются в шахматном порядке. Рамка, как правило, намного массивнее жилок.

Освинцованная сетка металлической решетки с увеличенной поверхностью (рис. 2.2, д) имеет лучшее сцепление с активным веществом электрода, умень­шая действие коррозии и увеличивая срок службы батареи.

Решетка электрода должна обеспечивать равномерное распределение тока по всей массе активных материалов, поэтому имеет форму, близкую к квадратной.

Толщина решеток электродов выбирается в зависимости от режимов работы и установленного срока службы аккумуляторной батареи. Решетки отрица­тельных электродов имеют меньшую толщину, так как они в меньшей степени подвержены деформации и коррозии. Масса решетки составляет до 50% мас­сы электрода.

Решетки электродов изготавливают методом литья из сплава свинца и сурь­мы с содержанием сурьмы от 4 до 5% и добавлением мышьяка (0,1-0,2%). Сурь­ма увеличивает стойкость решетки против коррозии, повышает ее твердость, улучшает текучесть сплава при отливке решеток, снижает окисление решеток при хранении. Добавка мышьяка снижает коррозию решеток. Однако сурьма оказывает каталитическое воздействие на электролиз воды, содержащейся в электролите, снижая потенциалы разложения воды на водород и кислород до рабочих напряжений генераторной установки. Наличие сурьмы в решетках по­ложительных пластин приводит в процессе эксплуатации батареи к переносу части сурьмы на поверхность активной массы отрицательных пластин и в элек­тролит, что сказывается на повышении потенциала отрицательной пластины и понижении электродвижущей силы (ЭДС) в процессе эксплуатации. При посто­янном напряжении генератора понижение ЭДС батареи приводит к повышению зарядного тока, расходу воды и обильному газовыделению.

Для снижения интенсивности газообразования решетки электродов для необ­служиваемых аккумуляторных батарей изготавливают из свинцово-кальциево-оловянистых или малосурьмянистых (до 2,5% сурьмы) сплавов. Содержание 0,05-0,09% кальция, 0,5-1% олова, а также добавление 1,5% кадмия обеспе­чивают повышение напряжения начала газовыделения до 2,45 Вив 15-17 раз снижает потерю воды от электролиза. Это позволяет контролировать и корре­ктировать уровень электролита в необслуживаемой батарее не чаще одного раза в год. Отсутствие выделений взрывоопасных смесей водорода и кислоро­да облегчает задачу утепления и обогрева батарей.

Ячейки решеток электродов заполнены пористым активным веществом (па­стой). Основой пасты электродов является свинцовый порошок, замешивае­мый в водном растворе серной кислоты. С целью увеличения прочности ак­тивного вещества в пасту для положительных электродов добавляют поли­пропиленовое волокно. Уплотнение активного вещества отрицательных элек­тродов в процессе эксплуатации предотвращается благодаря добавлению в пасту расширителей (сажа, дубитель БНФ, гумматы, получаемые из торфа и т.д.) в смеси с сернокислым барием.

Тестообразную пасту вмазывают в решетки электродов. После намазки,

прессования и сушки электроды под­вергают электрохимической обработке (формированию).

Пористая структура активного ве­щества после формирования электро­дов обеспечивает лучшее проникнове­ние электролита в глубинные слои и повышает коэффициент использова­ния активных материалов. Активная поверхность пористого вещества (по­верхность, непосредственно контакти­рующая с электролитом) в сотни раз превышает геометрическую поверх­ность электрода.

Отрицательные и положительные электроды с помощью бареток соеди­няют в полублоки. Баретки имеют мостики, к которым своими ушками привариваются решетки электродов и выводные штыри (борны). Борны явля­ются токоотводами полублоков пластин. Мостики обеспечивают необходимый зазор между электродами. Число параллельно соединенных электродов в полу­блоках увеличивается с возрастанием номинальной емкости аккумулятора.

Полублоки объединены в блоки электродов. В зависимости от предъявля­емых к батарее требований соотношение между количеством положительных и отрицательных электродов может быть различным, однако число разнополярных электродов отличается не более чем на единицу. Число отрицатель­ных электродов в блоках на один больше, чем положительных. В токообразу- ющих реакциях участвует относительно большее количество активного ве­щества положительных электродов. Находясь между двумя отрицательными электродами, положительный электрод при заряде и разряде меньше дефор­мируется. При таком счете пластин положительные электроды, как правило, на 10-20% толще отрицательных, а крайние отрицательные электроды име­ют толщину на 40% меньше положительных. В некоторых батареях количест­во разнополярных электродов одинаково или больше числа положительных электродов. В этих случаях электроды имеют одинаковую толщину. Элект­родный блок с большим числом положительных пластин имеет меньшую ма­териалоемкость.

В некоторых конструкциях батарей блок электродов (рис. 2.3) дополнительно крепится к баретке 1 с помощью полиуретана 2, что значительно повышает стойкость батареи к вибрации.

Сепараторы.

Электроды в блоках разделены сепараторами. Сепараторы предотвращают короткое замыкание между разнополярными электродами, обеспечивают необ­ходимый для высокой ионной проводимости запас электролита в междуэлект­родном пространстве и предотвращают возможность переноса электролита плотность сырья и большая стоимость.

Мипласт или микропористый поли­хлорвинил изготовляют из полихлор­виниловой смолы путем спекания. Технологический процесс изготовле­ния сепараторов из мипласта проще, сырье менее дефицитно. Мипласт бы­стро пропитывается электролитом, обладает низким относительным электросопротивлением и достаточ­ной механической прочностью. Имея меньшую пористость и больший диа­метр пор по сравнению с мипором, мипласт менее стоек к образованию токопроводящих мостиков между электродами. Срок службы аккумуля­торных батарей с сепараторами из мипласта меньше.

Сепараторы из мипора и мипласта не должны иметь влажность более 2%, а также сквозных микроотверстий, ко­торые можно обнаружить при просве­чивании электрической лампой мощ­ностью 100 Вт, расположенной на рас­стоянии 100 мм от сепаратора.

Механическую прочность сепарато­ра оценивают по сопротивлению на разрыв, по способности выдерживать изгиб вокруг валика диаметром 60 мм (сепараторы из мипора) и диаметром 45-60 мм (сепараторы из мипласта).

Сепараторы из мипора и мипласта представляют собой тонкие (1-2 мм) прямоугольные пластины с трапециедальными, круглыми или овальными вертикальными выступами (рис. 2.4), которые обращены к положительному электроду для лучшего доступа к нему электролита. Небольшие ребра высо­той 0,15-0,2 мм со стороны, обращен­ной к отрицательному электроду, сни­жают вероятность «прорастания» се­паратора, улучшают условия диффузии и конвекции электролита около отрица­тельного электрода.

Размеры сепараторов из мипора и мипласта на 3-5 мм по ширине и на 9-10 мм по высоте больше, чем у электродов. Это исключает появление токопроводящих мостиков по торцам пластин и се­параторов.

В необслуживаемых батареях при­меняют пленочные сепараторы и сепа­раторы-конверты (рис. 2.5), образуе­мые двумя сваренными с трех сторон пластиковыми сепараторами.

При установке в сепаратор-конверт одного из аккумуляторных электродов, например, отрицательного, замыкание электродов разноименной полярности шламом исключается. Это позволяет устанавливать блоки электродов не­посредственно на дно моноблоков без призм и шламового пространства. При сохранении высоты батареи можно бо­лее чем в 2 раза увеличить высоту h (рис 2.6) слоя электролита над электродами в ячейках моноблока и, следова­тельно, ту часть объема электролита, которая может быть израсходована в пе­риод эксплуатации между очередными добавками дистиллированной воды. При исправном электрооборудовании и отсутствии нарушений в эксплуатации необ­ходимость в добавлении воды в батарею может возникнуть не чаще 1 раза в 1- 2 года.

Моноблоки. Крышки. Пробки.

Моноблоки стартерных аккумуляторных батарей изготавливают из эбонита или другой пластмассы. Тяжелые и хрупкие моноблоки из эбонита в настоящее время заменяются моноблоками из термопласта (наполненного полиэтилена), полипропилена и полистирола. Высо­кая прочность полипропилена позво­лила уменьшить толщину стенок до 1,5-2,5 мм и тем самым уменьшить массу моноблока и батареи. Тонкие стенки моноблока из полипропилена делают более жесткими за счет рацио­нального выбора конструктивных форм моноблоков. Достаточная прозрач­ность полипропилена упрощает конт­роль уровня электролита в батарее.

Внутри моноблок разделен прочными непроницаемыми перегородками 2 (рис. 2.7) на отдельные ячейки по числу ак­кумуляторов в батарее. В ячейках мо­ноблока размещают собранные в блоки электроды и сепараторы. В батареях с обычными сепараторами на дне каждой ячейки предусмотрены четыре призмы 1, образующие пространство для шлама (активных веществ электродов, осыпа­ющихся при работе батареи на дно яче­ек). На опорные призмы своими ножка­ми устанавливают электроды (разно­именные электроды на свои две приз­мы), что исключает их короткое замы­кание шламом. На перегородках моно­блока предусмотрены вертикальные выступы (пилястры) 3 для лучшей цир­куляции электролита у электродов, прилегающих к перегородкам.

При использовании эбонита для из­готовления моноблока, крышки и дру­гих корпусных деталей, масса их дос­тигает 15-18% от полной массы акку­муляторной батареи. Кроме того, эбо­нит отличается повышенной хрупко­стью при низких (отрицательных) тем­пературах. Достаточная механическая прочность моноблока из эбонита дос­тигается лишь при толщине стенок до 9-12 мм. Соответственно, при большой толщине стенок масса эбонитового мо­ноблока доходит до 5-12 кг.

Применение морозоустойчивого по­липропилена (сополимера пропилена с этиленом), дало возможность при со­хранении достаточной механической прочности при отрицательных темпе­ратурах существенно уменьшить массу моноблока (более чем в 5 раз). Толщи­на стенок моноблоков из пластмасс уменьшилась до 1,5-3,5 мм.

В каждом аккумуляторе батареи, кроме необслуживаемых, устанавли­вают перфорированные предохрани­тельные щитки из эбонита или пласт­массы. Они предохраняют верхние кромки пластин и сепараторов от повреждений при измерении плотности, тем­пературы и уровня электролита.

Крышки из эбонита или пластмассы различного конструктивного исполнения могут закрывать отдельные аккумуляторные ячейки (рис. 2.8).

Наиболее распространена конструкция крышки с двумя крайними отверстия­ми для вывода борнов блоков электродов и одним средним резьбовым отверстием для заливки электролита в аккумуляторные ячейки и контроля его уров­ня. В крайние отверстия отдельных крышек запрессованы свинцовые втулки.

В местах стыка отдельных крышек со стенками моноблока эбонитовые акку­муляторные батареи герметизируются битумной мастикой. Мастика должна быть химически стойкой и эластичной, иметь низкую температуру плавления, при температурах от -40 до 60°С не должна отставать от стенок моноблока и крышек, разрываться и трескаться.

Общие крышки из пластмассы приваривают или приклеивают к моноблокам (рис 2.9). Контактно-тепловая сварка пластмассового моноблока и общей крышки обеспечивает надежную герметизацию во всем диапазоне температур окружающей среды, на который рассчитана эксплуатация аккумуляторной ба­тареи. Такой способ соединения общей крышки с пластмассовым моноблоком применен в батарее 6СТ-190А для тяжелых грузовиков с дизелями.

Заливочные отверстия в крышках унифицированы по группам с метрической резьбой М20, М24 и МЗО и закрываются пробками с вентиляционными отверстия некоторых крышек из полипропилена обеспечивает централизованную за­ливку электролита в батарею и общий газоотвод.

При наличии общей крышки можно устанавливать блок пробок на несколь­ко заливных горловин, которые располагаются выше вентиляционных отвер­стий. Вытекающий из залиеных горловин электролит через вентиляционные отверстия может поступать обратно в ячейки моноблока. Блок пробок может быть выполнен в виде пластмассовой планки 8 (см. рис. 2.10, г), в которую вставлено необходимое число безрезьбовых пробок 9. Пробки могут иметь некоторую свободу перемещения в планке для центрирования их с заливны­ми горловинами. В некоторых конструкциях пробки выполняются заодно с планкой.

Межэлементные перемычки. Выводы.

Для последовательного соединения аккумуляторов в батарее используют межэлементные перемычки, которые припаивают к борнам бареток полубло­ков в таком порядке, чтобы соединить между собой полублок отрицательных пластин одного аккумулятора с полублоком положительных пластин рядом расположенного аккумулятора. При соединении борна с межэлементной пере­мычкой к ним приваривается верхняя часть свинцовой втулки, запрессованной в крышке, чем обеспечивается надежное уплотнение отверстий в местах выхо­да борнов .

Межэлементные перемычки из свинцово-сурьмянистого сплава устанавли­вают снаружи над крышкой, через перегородки под крышкой и пропускают че­рез отверстие в пластмассовой перегородке. Ак­кумуляторы соединяют между собой путем вдавливания металла плоских бор- нов 2, имеющих трапецеидальную форму. Борны располагают около отверстия в перегородке и далее с помощью пуансонов 4 в сварочных клещах часть ме­талла борнов вдавливается в отверстия до появления электрического контакта между борнами соседних аккуму­ляторов. После появления контакта между соседними борнами в отвер­стии перегородки к сварочным кле­щам подается электрический ток для контактной сварки борнов. Описанный процесс соединения аккумуляторов через перегородки обеспечивает од­нородную структуру межэлементной перемычки и герметичность между аккумуляторами.

Повышенную устойчивость к меха­ническим нагрузкам (тряска, вибрация) обеспечивает другой способ соедине­ния аккумуляторов в батареи, приме­няемый при производстве батарей 6СТ-190А. Процесс осуществляется в две стадии. Перегородки 1 (рис. 2.14) моноблока имеют в верхней части уг­лубления (пазы) 2, через которые сначала с помощью специальной литейной

формы 7 место сварки борнов герметизируется пластмассой, из которой изгото­влен моноблок. Вокруг соединения образуется своеобразный чехол, который служит также дополнительным упором для блока электродов 6.

Укороченные межэлементные перемычки через перегородки полиэтилено­вых и полипропиленовых моноблоков позволяют уменьшить внутреннее со­противление батареи (рис. 2.15) и расход свинцового сплава. Снижение потерь напряжения на соединительных деталях позволяет иметь на 0,1-0,3 В боль­шее напряжение на выводах батареи при ее работе в стартерном режиме. Ра­сход свинцово-сурьмянистых сплавов снижается на батареях до 100 А-ч на 0,5-0,9 кг, а на батареях емкостью свыше 100 А-ч - на 1,5-3 кг. Стартерные

аккумуляторные батареи с общими крышками и скрытыми межлементными перемычками становятся неремонтнопригодными, но это отвечает современным тенденциям, согласно которым капитальный ремонт экономически нецелесообразен.

С целью уменьшения внутреннего падения напряжения в аккумуляторных ба­тареях большой емкости борны и межэлементные перемычки выполняются в виде освинцованных стержней из меди, имеющей в 12 раз большую электропро­водность по сравнению со свинцово-сурьмянистыми сплавами (рис 2.16).

Поперечные сечения борнов и межэлементных перемычек автомобильных ба­тарей выбираются из условия ограничения падения напряжения на каждом из борнов до 16 мВ и на межэлементных перемычках - до 20 мВ.

К выводным борнам крайних аккумуляторов приваривают конусные полюсные выводы. Размеры выводов стандартизованы (рис. 2.17). Диаметр конуса у осно­вания положительного вывода на 2 мм больше, чем у отрицательного. Этим ис­ключается вероятность неправильного включения батареи в систему электро­оборудования. Некоторые аккумуляторные батареи имеют полюсные выводы с отверстиями под болты или оба типа выводов.

Узлы пайки и токоведущие детали батарей должны выдерживать прерыви­стый разряд током силой 9С₂₀ (С₂₀ - номинальная емкость батареи при двад­цатичасовом разряде), но не выше силы разрядного тока 1700 А в течение че­тырех циклов.

Детали крепления и переносные устройства.

Для удобства размещения аккумуляторных батарей на автомобилях необхо­дима унификация их размеров по ширине и высоте, что связано с унификацией размеров электродов. В некоторых случаях необходима унификация и по длине батареи. Это позволяет без переделки посадочных мест устанавливать на ав­томобилях одной модели батареи разной емкости в зависимости от назначения машины и условий ее эксплуатации. В этих же целях желательно применять крепление батарей за выступы в нижней части моноблока вдоль длинной сто­роны для батарей емкостью до 100 Ач и по ширине - при большей емкости. Вы­ступы отливаются как одно целое с моноблоком или изготавливаются отдельно и соединяются с моноблоком методом контактно-тепловой сварки.

Аккумуляторные батареи большой емкости снабжают ручками для перенос­ки, прикрепленными к моноблоку с помощью специальных металлических скоб, накладок и винтов. Такая конструкция требует дополнительной оснастки для изготовления крепежных деталей переносных устройств и увеличивает трудо­емкость изготовления батарей. Проще выполнить переносные устройства толь­ко с ручками, расположенными в отверстиях бортика моноблока. Ручки могут быть жесткими или гибкими, перемещаться в вертикальном направлении и по­ворачиваться на некоторый угол по горизонтали. Переносные устройства и ме­ста их крепления должны выдерживать нагрузку, равную двукратной массе ба­тареи с электролитом. Конструкция стартерной свинцовой аккумуляторной батареи 6СТ-190А для грузовых автомобилей с моноблоком 7, единой крышкой 1 и пробками 5 из пла­стических материалов, с межэлементными перемычками 3 через перегородки 4, крепежными выступами 9 в нижней части моноблока и переносным устройством с ручкой 6 приведена на рис. 2.18.

Необслуживаемые батареи.

Термином «необслуживаемые» характеризуют стартерные аккумуляторные батареи, не требующие добавления электролита в процессе эксплуатации, об­ладающие высокими электрическими характеристиками и большим сроком службы по сравнению с обычными батареями.

Обычные стартерные свинцовые батареи имеют достаточно высокие удель­ные электрические характеристики, однако обладают рядом существенных не­достатков.

В результате электролиза воды во время эксплуатации свинцовой батареи снижается уровень электролита, что требует периодического (1-2 раза в месяц) добавления дистиллированной воды. Электролитическое разложение воды про­исходит при заряде, особенно интенсивно при перезарядах. Кроме того, вода из электролита испаряется при повышенных температурах окружающей среды.

Во время перерывов в эксплуатации автомобилей происходит саморазряд (постепенная потеря емкости при длительном бездействии) батареи. В сутки са­моразряд может составить 0,5-0,8%. В конце срока службы суточный самораз­ряд батареи может возрасти до 4%. Это приводит к необходимости ежемесяч­ного подзаряда батареи во время хранения батарей, залитых электролитом.

Потребность в периодическом добавлении дистиллированной воды и подзаряде батарей при длительном хранении увеличивает объемы обслуживания их в эксплуатации, требует дополнительных затрат на оборудование, инструмент, материалы, соответствующих производственных площадей и квалифицирован­ного персонала. Все эти трудности с обслуживанием батарей усугубляются при длительной эксплуатации автомобилей вне парков.

Срок службы свинцовых аккумуляторных батарей ограничивается в основном коррозией решеток электродов. Кроме того, электролиз воды с выделением ак­тивного кислорода способствует ускоренной коррозии решеток положительных электродов. Интенсивность электролиза электролита и сопутствующей ему коррозии решеток возрастает при перезаряде, повышении температуры и ста­рении батареи. Следовательно, в эксплуатации необходимо принимать специ­альные меры для ограничения верхнего предела регулируемого напряжения ге­нераторной установки.

Следует также иметь в виду, что выделяемая при работе свинцовой аккуму­ляторной батареи кислородно-водородная смесь взрывоопасна, газы и пары электролита могут вызвать коррозию металлических деталей автомобиля, рас­положенных рядом с батареей, а вещества, образующиеся при работе батареи, например, стибин (сурьмянистый водород) - токсичны.

Отмеченные недостатки, характерные для обычных (традиционных) аккумуля­торных батарей, связаны с наличием 5-7% сурьмы в сплаве свинца, из которого отливаются решетки электродов. Легирование свинца сурьмой обеспечивает необходимую механическую прочность решеток, что очень важно для автомобиль­ных батарей, работающих в условиях вибрации и тряски. Добавление 5% сурьмы более чем в 2 раза увеличивает твердость решеток и в 3-4 раза - сопротивле­ние разрыву. Кроме сурьмы, в сплав вводится также 0,1-0,2% мышьяка. Это способствует образованию благоприятной кристаллической структуры сплава и повышает коррозионную стойкость положительных решеток электродов.

Выделение водорода при газообразовании происходит на отрицательных электродах, а кислорода - на положительных. Активное газовыделение проис­ходит в основном при заряде, а также при разряде или длительном бездействии аккумуляторной батареи. Газовыделение в процессе разряда и при длительном бездействии связано с реакциями, вызывающими саморазряд батареи.

Интенсивность газовыделения зависит от соотношения между величиной фа­ктического напряжения на электроде и напряжением (перенапряжением), при котором начинается газовыделение. Чем больше напряжение на электроде пре­вышает величину напряжения, при котором начинается газовыделение, тем больше выделяется водорода и кислорода. С другой стороны, на напряжение начала газовыделения оказывают влияние различные примеси, содержащиеся в решетках и активной массе пластин.

Сурьма в сплаве положительных пластин способствует более интенсивному выделению кислорода, и, одновременно, электрохимическому переносу и отло­жению сурьмы на поверхности отрицательного электрода. Присутствие даже небольшого количества сурьмы на поверхности отрицательного электрода при­водит к заметному росту выделения водорода.

Снижение напряжения начала газовыделения до 14,4 В при наличии сурьмы в решетках пластин является основной причиной того, что на автомобилях при рекомендуемых уровнях регулируемого напряжения генераторных установок газовыделение начинается до того, как батарея обычной конструкции будет полностью заряжена.

Появление необслуживаемых батарей стало возможным благодаря примене­нию решеток из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов и свинцово-сурьмянистых сплавов с уменьшенным содержанием сурьмы.

Необслуживаемые батареи со свинцово-кальциево-оловянистыми и мало­сурьмянистыми сплавами отличаются не только малыми газовыделением и са­моразрядом, но и рядом других преимуществ. Эти батареи можно устанавливать в местах, не требующих удобного доступа для обслуживания. Меньше вероят­ность выхода их из строя вследствие коррозии решеток электродов. Батареи имеют лучшие зарядные характеристики и характеристики стартерного режима разряда. Срок эксплуатации необслуживаемых батарей без добавления элект­ролита может достигать 400-500 тыс. км пробега автомобиля.

Есть определенные трудности изготовления решеток пластин из свинцово- кальциево-оловянистых сплавов. Кальций в процессе литья выгорает. Поэтому технологически трудно обеспечить очень малое оптимальное содержание каль­ция (0,06-0,09%) в сплаве. Содержание олова составляет 0,5-1 %. От содержа­ния кальция и олова в сплаве решетки зависят ее прочностные и антикоррози­онные свойства.

Снижение газовыделения и улучшение механических свойств решеток из

свинцово-кальциевых сплавов достигается также добавлением 1,5% кадмия. Добавлением 1,25% сурьмы в решетки пластин ограничивается образование не­желательных кристаллов древовидной формы.

Из-за технологических трудностей изготовления решеток электродов из сплава свинца, кальция и олова применение нашли батареи с ограниченным объемом обслуживания на основе электродов с пониженным содержанием сурьмы в решетках. Интенсивность газовыделения существенно снижается только при уменьшении содержания сурьмы в сплаве решетки до 2,5-3%. Но уже при содержании сурьмы ниже 4% резко ухудшаются литейные свойства свинцово-сурьмянистого сплава, снижается механическая прочность решетки, возрастает скорость коррозии электродов. Для сохранения необходимых техно­логических и эксплуатационных свойств малосурьмянистых сплавов в них доба­вляют медь (0,02-0,05%), серу и селен (до 0,01 %). На литейных свойствах спла­ва благоприятно сказывается присадка олова (до 0,01 %).

Лучшие батареи с решетками электродов с малосурьмянистыми сплавами, со­держащими другие легирующие добавки, практически являются необслуживае­мыми, хотя имеют несколько худшие показатели саморазряда по сравнению с батареями, в которых решетки выполнены из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов. Такие батареи также имеют достаточно высокий срок службы и малочувствительны к глубоким разрядам.

В отечественных необслуживаемых батареях по сравнению с обычными бата­реями содержание сурьмы в сплаве решеток электродов уменьшено в 2-3 раза. Это повысило напряжение начала выделения водорода и кислорода и обеспе­чило подзаряд батарей без газовыделения практически во всем диапазоне ре­гулируемого напряжения генераторных установок автомобилей. Примерно в 5-6 раз снизилась интенсивность саморазряда батареи (до 0,08-0,1 % в сутки).

Необслуживаемые батареи могут выпускаться в герметичном исполнении и не иметь пробок заливных горловин. В этом случае степень разряженности бата­реи нельзя определить по плотности электролита. В зимнее время возникает опасность замерзания электролита разряженной батареи. Поэтому на герме­тичные необслуживаемые аккумуляторные батареи устанавливают индикаторы заряженности. При уменьшении степени заряженности ниже определенного уровня меняется цвет видимого пятна индикатора.

Принцип действия свинцового аккумулятора.

Свинцовые аккумуляторы являются вторичными химическими источниками тока, которые могут использоваться многократно. Активные материалы, израс­ходованные в процессе разряда, восстанавливаются при последующем заряде.

Химический источник тока представляет собой совокупность реагентов (окислителя и восстановителя) и электролита. Восстановитель (отрицательный электрод) электрохимической системы в процессе токообразующей реакции от­дает электроны и окисляется, а окислитель (положительный электрод) восста­навливается. Электролитом, как правило, является жидкое химическое соеди­нение, обладающее хорошей ионной и малой электронной проводимостью.

В свинцовом аккумуляторе в токообразующих процессах участвуют двуокись свинца (диоксид свинца) РЬС>2 (окислитель) положительного электрода, губча­тый свинец РЬ (восстановитель) отрицательного электрода и электролит (вод­ный раствор серной кислоты H2SO4). Активные вещества электродов предста­вляют собой относительно жесткую пористую электронопроводящую массу с диаметром пор 1,5 мкм у РЬС>2 и 5-10 мкм у губчатого свинца. Объемная пори­стость активных веществ в заряженном состоянии - около 50%.

Часть серной кислоты в электролите диссоциирована на положительные ио­ны водорода Н* и отрицательные ионы кислотного остатка S0₄²\ Губчатый сви­нец при разряде аккумулятора выделяет в электролит положительные ионы двухвалентного свинца РЬ²*. Избыточные электроны отрицательного электрода по внешнему участку замкнутой электрической цепи перемещаются к положи­тельному электроду, где восстанавливают четырехвалентные ионы свинца РЬ⁴' до двухвалентного свинца РЬ²*. Положительные ионы свинца РЬ²* соединяются с отрицательными ионами кислотного остатка SO4²", образуя на обоих электро­дах сернокислый свинец PbS04 (сульфат свинца).

При подключении аккумулятора к зарядному устройству электроны движутся к отрицательному электроду, нейтрализуя двухвалентные ионы свинца РЬ²*. На электроде выделяется губчатый свинец РЬ. Отдавая под влиянием напряжения внешнего источника тока по два электрона, двухвалентные ионы свинца РЬ^?* у положительного электрода окисляются в четырехвалентные ионы РЬ⁴*. Через промежуточные реакции ионы РЬ⁴* соединяются с двумя ионами кислорода и образуют двуокись свинца РЬ02-

Химические реакции в свинцовом аккумуляторе описываются уравнением:

разряд

Pb0₂ + 2H₂S0₄ + РЬ » 2PbS0₄ + 2Н₂0.

заряд

Содержание в электролите серной кислоты и плотность электролита умень­шаются при разряде и увеличиваются при заряде. По плотности электролита судят о степени разряженности свинцового аккумулятора:

Δ =

где ΔСр - степень разряженности аккумулятора, %;

р₃ и рр- плотность электролита соответственно полностью заряженного и полностью разряженного аккумулятора при температуре 25°С, г/см²; р₂₅ - измеренная плотность электролита, приведенная к температуре 25°С, г/см³.

Расход кислоты у положительных электродов больше, чем у отрицательных. Ес­ли учитывать количество воды, образующейся у положительных электродов, то количество кислоты, необходимое для них в течение разряда, в 1,6 раза больше, чем для отрицательных. При разряде происходит незначительное увеличение объ­ема электролита, а при заряде - уменьшение (около 1 см³ на 1 А ч). На 1 А-ч элек­трической емкости расходуется: при разряде - свинца 3,86 г, диоксида свинца 4,44 г, серной кислоты 3,67 г, а при заряде - воды 0,672 г, сульфата свинца 11,6 г.

 

Маркировка и применение аккумуляторных батарей.

Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи классифицируют по номи­нальному напряжению (6 и 12 В) и номинальной емкости.

На стартерные аккумуляторные батареи наносят товарный знак предприятия - изготовителя, указывают тип батареи, дату выпуска и обозначение стандарта или технических условий на батарею конкретного типа. Условное обозначение типа батареи (например, батарея 6СТ-55А) содержит указание на количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее (3 или 6), характеризу­ющих ее номинальное напряжение (6 или 12 В), указание на назначение по функ­циональному признаку (СТ - стартерная), номинальную емкость в А-ч и исполне­ние (при необходимости): А - с общей крышкой; Н - несухозаряженная; 3 - для необслуживаемой, залитой электролитом и полностью заряженной батареи.

В условных обозначениях еще применяемых в настоящее время батарей бук­ва Э и Т величины номинальной емкости указывают на материал моноблока (со­ответственно эбонит и термопласт). Последующие буквы обозначают материал сепаратора (М - мипласт, Р - мипор).

Отечественная промышленность выпускает стартерные свинцовые аккумуля­торные батареи номинальным напряжением 6 и 12 В и номинальной емкостью 45-190 А-ч.

 

 

 

Основные характеристики аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

ЭДС.

ЭДС аккумулятора представляет собой разность электродных потенциалов, измеренную при разомкнутой внешней цепи. Электродный потенциал при ра­зомкнутой внешней цепи состоит из равновесного электродного потенциала и потенциала поляризации. Равновесный электродный потенциал характеризует состояние электрода при отсутствии переходных процессов в электрохимиче­ской системе. Потенциал поляризации определяется как разность между потен­циалом электрода при заряде и разряде и его потенциалом при разомкнутой внешней цепи. Электродная поляризация сохраняется в аккумуляторе и при отсутствии тока после отключения на­грузки от зарядного устройства. Это связано с диффузионным процессом выравнивания концентрации электро­лита в порах электродов и пространст­ве аккумуляторных ячеек. Скорость диффузии невелика, поэтому затуха­ние переходных процессов происходит в течение нескольких часов и даже су­ток в зависимости от температуры электролита. Учитывая наличие двух составляющих электродного потенци­ала при переходных режимах, разли­чают равновесную и неравновесную ЭДС аккумулятора.

Равновесная ЭДС свинцового акку­мулятора зависит от химических и фи­зических свойств активных веществ и концентрации их ионов в электролите. На величину ЭДС влияет плотность электролита и очень незначительно темпе­ратура. Изменение ЭДС в зависимости от температуры составляет менее 3-10-4 В/град. Зависимость ЭДС от плотности электролита в диапазоне 1,05-1,30 г/см³ выглядит в виде формулы:

Е=0,84+р,

где £ - ЭДС аккумулятора, В:

р - приведенная к температуре 5°С плотность электролита, г/см³.

С повышением плотности электролита ЭДС возрастает (рис 2.19).

При рабочих плотностях электролита 1,07-1,30 г/см^э ЭДС не дает точного представления о степени разряженности аккумулятора, так как ЭДС разряжен­ного аккумулятора с электролитом большей плотности будет выше.

ЭДС не зависит от количества заложенных в аккумулятор активных матери­алов и от геометрических размеров электродов. ЭДС аккумуляторной батареи увеличивается пропорционально числу последовательно включенных аккуму­ляторов т:

Е_аб=тЕ.

Плотность электролита в порах электродов и в моноблоке одинакова у акку­муляторов, находящихся в состоянии покоя. Этой плотности соответствует ЭДС покоя. Вследствии поляризации пластин и изменения концентрации электроли­та в порах электродов относительно концентрации электролита в моноблоке, ЭДС при разряде меньше, а при заряде больше ЭДС покоя. Основной причиной изменения ЭДС в процессе разряда или заряда является изменение плотности электролита, участвующего в электрохимических процессах.

Напряжение.

Напряжение аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения на­пряжения во внутренней цепи при прохождении разрядного или зарядного то­ка. При разряде напряжение на выводах аккумулятора меньше ЭДС, а при за­ряде больше.

Разрядное напряжение

U_p = E- /_р г= Е-Е_п- /р-Го,

где £_п - ЭДС поляризации, В; /р - сила разрядного тока. А; г- полное внутреннее сопротивление. Ом; г₀ - омическое сопротивление аккумулятора, Ом.

Зарядное напряжение

U₃ = E+ /₃л=Е+Е_п + /₃г₀,

где /₃ - сила зарядного тока, А.

ЭДС поляризации связана с изменением электродных потенциалов при про­хождении тока и зависит от разности концентраций электролита между элект­родами и в порах активной массы электродов. При разряде потенциалы элект­родов сближаются, а при заряде раздвигаются. Изменением разности концент­раций электролита обусловлено нелинейное снижение напряжения на началь­ном участке b - с (рис. 2.20) разрядной характеристики Up = f(x).

При включении аккумулятора с начальной ЭДС Е₀ на разряд происходит резкий спад напряже­ния на величину ди₀ (участок а - b разрядной характеристики), равную паде­нию напряжения на омическом сопротивлении г₀. Линейному участку с - d раз­рядной характеристики соответствует постоянная разность концентраций элек­тролита между электродами и в порах активной массы электродов. Уменьшение напряжения связано со снижением плотности электролита в моноблоке. На ли­нейном участке ЭДС поляризации име­ет максимальное значение Е_Пт-

При постоянной силе разрядного то­ка в единицу времени расходуется оп­ределенное количество активных ма­териалов. Плотность электролита уменьшается по линейному закону (рис. 2.21, а).

В соответствии с изменением плотности электролита уменьшается ЭДС и напряжение аккумулятора. К концу разряда сернокислый свинец за­крывает поры активного вещества , препятствуя притоку электролита из сосуда и увеличивая электросопротивления электродов. Равновесие нарушается и напряжение начинает резко падать. Аккумуляторные батареи разряжаются только до конечного напряжения U_K р, соответствующего перегибу разрядной характеристики Up=f(T). Разряд прекращается, хотя актив­ные материалы израсходованы не полностью. Дальнейший разряд вреден для аккумулятора и не имеет смысла, так как напряжение становится неустойчивым.

После отключения нагрузки напряжение аккумулятора повышается до значе­ния ЭДС, соответствующего плотности электролита в порах электродов. Затем в течение некоторого времени ЭДС возрастает по мере выравнивания концентра­ции электролита в порах электродов и в объеме аккумуляторной ячейки за счет диффузии. Возможность повышения плотности электролита в порах электродов во время непродолжительного бездействия после разряда используется при пу­ске двигателя. Пуск рекомендуется осуществлять отдельными кратковременны­ми попытками с перерывами в 1-1,5 мин. Прерывистый разряд способствует также лучшему использованию глубинных слоев активных веществ электродов.

В режиме заряда (рис. 2.21, б) напряжение U₃ на выводах аккумулятора воз­растает вследствие внутреннего падения напряжения и повышения ЭДС при увеличении плотности электролита в порах электродов. При возрастании на­пряжения до 2,3 В активные вещества восстанавливаются. Энергия заряда идет на разложение воды на водород и кислород, которые выделяются в виде пу­зырьков газа. Газовыделение при этом напоминает кипение. Его можно умень­шить за счет снижения к концу разряда величины зарядного тока.

Часть положительных ионов водорода, выделяющихся на отрицательном электроде, нейтрализуются электронами. Избыток ионов накапливается на по­верхности электрода и создает перенапряжение до 0,33 В. Напряжение в конце заряда повышается до 2,6-2,7 В и при дальнейшем заряде остается неизменным. Постоянство напряжения в течение 1-2 ч заряда и обильное газовыделение яв­ляются признаками конца заряда.

После отключения аккумулятора от зарядного устройства напряжение падает до значения ЭДС, соответствующе­го плотности электролита в порах, а затем снижается, пока выравниваются плотности электролита в порах пла­стин и в аккумуляторном сосуде.

Напряжение на выводах аккумуля­торной батареи при разряде зависит от силы разрядного тока и температуры электролита.

При увеличении силы разрядного тока 1р напряжение снижается быст­рее (рис. 2.22, а) вследствие большей разности концентраций электролита в аккумуляторном сосуде и в порах электродов, а также большего внут­реннего падения напряжения в бата­рее.

Все зто приводит к необходимости более раннего прекращения разряда батареи. Во избежание образования на электродах крупных нерастворимых кристаллов сульфата свинца разряд батарей прекращают при конечном на­пряжении 1,75 В на одном аккумулято­ре при 20-часовом номинальном ре­жиме. В стартерном режиме разряда током силой ЗС20 при температуре 25°С U_K р = 1,5 В, а при температуре - 18°С U_K р = 1 В.

При понижении температуры увели­чивается вязкость, удельное электро­сопротивление электролита и умень­шается скорость диффузии электро­лита из аккумуляторного сосуда в по­ры активных веществ электродов. По­этому разрядные характеристики U_P = f(x) проходят ниже (рис. 2.22, б, в). При температурах от -40 до -10°С сопро­тивление электролита в 2-3 раза

больше, чем при температуре 25°С. На

рис. 2.23 показано изменение напряжения U₃₀ на 30-й секунде разряда батареи емкостью 55 А-ч с изменением силы разрядного тока.

Среднее значение раз­рядного напряжения за время Тр

Внутреннее сопротивление.

Сопро­тивление аккумулятора склады­вается из сопротивления поляризации, электродов, электролита, сепараторов, межэлементных перемычек и других токоведущих деталей. Сопротивление электродов и токоведущих деталей мало изменяется с изменением температуры.

Полным внутренним сопротивлением аккумулятора принято называть сопро­тивление, оказываемое прохождению через аккумулятор постоянного разряд­ного или зарядного тока:

где г_п - сопротивление поляризации.

Сопротивление поляризации уменьшается с увеличение силы тока и возрас­тает с понижением температуры (рис. 2.24).

Омическое сопротивление аккуму­лятора складывается из сопротивле­ний электродов, электролита, сепара­торов, межэлементных перемычек и других токоведущих деталей.

Сопротивление электродов и токове­дущих деталей мало изменяется с изме­нением температуры. Рост внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи с понижением температуры (рис. 2.25) связан, в основном, с увеличением со­противления электролита (рис. 2.26, 2.27 и табл. 2.2) и пропитанных электро­литом сепараторов (рис. 2.28). При тем­пературах от -40 до -10°С сопротивле­ние электролита в 2-3 раза больше, чем при температуре 25°С.

Удельное электросопротивление электролита с увеличением концентрации раствора серной кислоты до определенного уровня снижается, а затем возрас­тает. Так, минимальное удельное электросопротивление 1,33 Ом-см при темпе­ратуре 20°С наблюдается у раствора серной кислоты с концентрацией 30,6%. При дальнейшем увеличении концентрации (или плотности) восстанавливают­ся ионные связи, скорость диссоциации уменьшается, токопроводящих ионов становится меньше и электросопротивление электролита увеличивается.

Начальная концентрация электролита заряженных свинцовых аккумулято­ров обычно составляет 35-42%, т.е. несколько больше концентрации, при ко­торой электросопротивление минимально. Это связано, прежде всего, с необ­ходимостью обеспечения запаса серной кислоты, требуемого для разряда.

Учитывается также снижение концен­трации серной кислоты в электролите в процессе разряда. Слишком малая концентрация электролита в конце разряда ведет к росту внутреннего со­противления, более быстрому паде­нию разрядного напряжения и, как следствие, снижению разрядной ем­кости. Ограничения по повышению концентрации серной кислоты в элек­тролите связаны с ускоренной пасси­вацией электродов при разряде и в процессе хранения аккумуляторов с электролитом.

Сопротивление сепараторов зави­сит от их толщины, пористости и со­противления электролита в порах. Материал и конструкция сепараторов играют особо важную роль при разря­де аккумуляторной батареи стартерными токами в условиях низких тем­ператур.

Омическое сопротивление решеток электродов толщиной 1,5-2 мм нахо­дится в пределах 1,8-2,3 мОм. Губча­тый свинец отрицательных электро­дов имеет удельное электросопроти­вление 1,83-10"* Ом-см, а двуокись свинца положительных электродов - 74-Ю^-' Ом-см. Электросопротивление решеток электродов стартерных ба­тарей толщиной 1,5-2,6 мм находится в пределах 1,8-3,0 мОм. В заряжен­ном состоянии сопротивление отри­цательного электрода составляет 62- 70%, а положительного - 92-98% со­противления решеток. В процессе разряда на электродах откладывает­ся сульфат свинца с удельным сопротивлением 1-Ю⁷ Ом-см, и сопротивление электродов приближается к сопротивлению решеток.

Распределение сопротивления и соответственно потерь напряжения (рис. 2.29) по элементам внутренней цепи аккумуляторной батареи зависит от многих факторов.

В начале стартерного разряда при температуре -18°С сопротивление пластин и токоведущих деталей приблизительно составляет 20-30%, электро­лита и сепараторов - 34-48%, сопротивление поляризации - 32-45% от сум­марного внутреннего сопротивления батареи. С понижением температуры доля сопротивления поляризации, электро­лита и сепараторов возрастает.

Сопротивление заряженных стартерных аккумуляторов и даже бата­реи последовательно соединенных аккумуляторов составляет от не­скольких тысячных до нескольких со­тых долей ома. Сопротивление уменьшается с увеличением числа параллельных электродов в полубло­ках, т.е. с увеличением емкости акку­муляторной батареи. В процессе раз­ряда в результате химических реак­ций на пластинах образуется плохопроводящий сульфат свинца. Плот­ность электролита снижается от 1,22 - 1,30 до 1,06-1,14 г/см³. Поэтому сопротивление разряженной аккумулятор­ной батареи выше.

Емкость.

При разряде и заряде аккумулятор отдает во внешнюю цепь или получает от зарядного устройства определенное количество электричества.

Количество электричества, отдаваемое аккумуляторной батареей в пределах допустимого разряда, называют разрядной емкостью:

где т₃ - продолжительность заряда.

Разрядная емкость зависит от количества заложенных в аккумуляторе ак­тивных материалов и степени их использования. Количество активных матери­алов в стартерных аккумуляторных батареях даже при номинальных разрядных токах в 2-3 раза превышает теоретически необходимое. Полное использование заложенных в батареи активных материалов невозможно, так как обеднение электролита в порах и резкое снижение напряжения происходит раньше, чем израсходуются внутренние слои пористых активных веществ электродов и сер­ная кислота электролита в моноблоке.

Коэффициент использования активных материалов свинцового аккумулятора зависит от условий разряда. Его снижение происходит при увеличении плотно­сти разрядного тока и понижении температуры. При длительных режимах раз­ряда свинцовых аккумуляторов в течение 20-50 ч использование активных ма­териалов составляет 50-60%, тогда как при коротких стартерных разрядах - 5-10%. С увеличением электропроводности электролита, пористости активных веществ, с уменьшением толщины электродов и плотности тока использование активных материалов выше.

При равных значениях начальной и конечной пористости лучше используется активное вещество положительных электродов.

При высоких плотностях активного вещества имеют место неравномерное распределение поляризации по толщине электродов и замедление процесса по­ступления серной кислоты в зоны реакции. Вследствие закупорки пор сульфа­том свинца, разрядный процесс протекает в основном на наружной поверхности электродов, где плотность тока может быть более чем в 10 раз выше ее значе­ния в толще активного вещества.

Неполное (на 60-65%) использование активных веществ при малых плотно­стях разрядного тока связано с изоляцией отдельных участков пористого веще­ства электродов сульфатом свинца и. как следствие, отсутствием единого электронопроводящего каркаса электрода.

6 аккумуляторах, предназначенных для работы в стартерных режимах разря­да, использование активных материалов и отдача по емкости могут быть повы­шены за счет снижения толщины электродов.

Емкость аккумулятора определяется суммарной емкостью электродов. При стартерных разрядах емкость, как правило, уменьшается из-за пассивации отри­цательного электрода. Особенно это характерно для низких температур. При длительных режимах разряда влияние обоих типов разнополярных электродов на отдачу батареи по емкости соизмеримо. При длительных режимах разряда поло­жительный электрод может лимитировать отдачу по емкости, если запас элект­ролита недостаточен. Причиной ограничения емкости положительным электро­дом при коротких режимах разряда может быть замедление диффузии электролита в поры активного вещества. Использование активных материа­лов зависит от конструкции электро­дов, материала сепараторов, плотно­сти и температуры электролита, силы тока и режима разряда (прерывистый, непрерывный, ступенчатый). Разрядная емкость уменьшается с увеличением разрядного тока, так как большее количество и более плотная масса сульфата свинца откладывается на поверхности электродов, изолируя активное вещество от контакта с электролитом (рис. 2.34 - 2.36). Ис­пользование активных веществ при большой силе тока составляет 5-10%.

Разрядная емкость уменьшается также с понижением температуры. При низких температурах увеличива­ется вязкость электролита и замедля­ется скорость поступления серной ки­слоты в поры активных веществ. Нап­ряжение разряда падает быстрее и большая часть активного вещества остается неиспользованной. Напря­жение аккумуляторной батареи с по­нижением температуры падает также вследствие замедления электролити­ческой диссоциации и уменьшения ионной проводимости электролита. При малой силе тока до 0,1 С₂₀ А и температурах выше 0°С снижение ем­кости на 1°С приводит к уменьшению разрядной емкости на 0,6-0,7%. При низких температурах (ниже 0°С) в стартерных режимах разряда сниже­ние емкости на 1°С достигает 2%. Свинцовые аккумуляторные батареи работоспособны при стартерных раз­рядах до температуры -(30-35)°С. Степень снижения емкости с уменьшением температуры меньше при использо­вании электролита с большей концентрацией серной кислоты.

Разрядная емкость может быть увеличена за счет пористой структуры элект­родов. При разряде пористость уменьшается, так как удельный объем сульфата свинца больше удельных объемов губчатого свинца (в 2,68 раза) и диоксида свин­ца (в 1,86 раза). Уменьшение сечения пор при разряде затрудняет проникновение серной кислоты в поры электродов и ограничивает использование активных ма­териалов, особенно при разряде большими токами. Активную поверхность элект­родов увеличивают, устанавливая большее число электродов меньшей толщины.

Так как разрядная емкость зависит от условий разряда, номинальной для стартерных свинцовых аккумуляторных батарей емкостью, гарантируемой за­водом-изготовителем, считается емкость 20-часового режима разряда. Разряд батарей при испытании на емкость 20-часового режима разряда проводят не­прерывно током силой 1р=0,05С₂₀ А до конечного разрядного напряжения на клеммах 5,25 В у 6-вольтовой и 10,5 В у 12-вольтовой батареи. Температура электролита при разряде должна находиться в интервале от 18 до 27°С.

Емкость вычисляют по формуле:

С_{=0,05С_гот_р,

где Cf - емкость, отданная батареей в пределах допустимого разряда, А-ч; tp - продолжительность разряда до конечного разрядного напряжения, ч.

Полученную емкость C_t приводят к емкости при температуре 25°С:

Перед проверкой на емкость 20-часового режима батарею полностью заря­жают. Заряд проводят током силой 1₃=0,1С₂₀ А до напряжения не менее 2,4 В на каждом аккумуляторе, после чего ток уменьшают на 50% от первоначального и доводят до состояния полного заряда. Заряд проводят до достижения обильно­го газовыделения и постоянства напряжения и плотности электролита в тече­ние 2 ч, после чего при непрекращающемся заряде корректируют плотность электролита в аккумуляторах до (1,28±0,01) г/см³ при 25°С и уровень электро­лита в соответствии с технической документацией по эксплуатации. Заряд при температуре, превышающей 45°С, не допускается.

Необслуживаемые батареи заряжают при температуре окружающей среды (25±5)°С при постоянном напряжении (14,4±0,1) В не менее 24 и не более 30 ч, причем сила тока не должна превышать l₃=0,05C₂₀ А.

Емкость батарей, определяемая при 20-часовом режиме разряда не позже четвертого цикла, должна быть не менее 95%, а необслуживаемых - 100% от номинального значения.

Важным для эксплуатации показателем является «резервная емкость». По этому показателю можно оценивать способность аккумуляторной батареи обес­печить необходимый минимум электрической нагрузки на автомобиле в случае выхода из строя генератора. Минимум электрической нагрузки складывается из токов, потребляемых системами зажигания и освещения, стеклоочистителем контрольно-измерительными приборами в режиме движения «зима, ночь», и составляет величину порядка 25 А.

Резервная емкость определяется временем разряда в минутах полностью за­ряженной батареи при температуре (27±5)°С током силой (25±0,25) А до конеч­ного напряжения на аккумуляторе, равного 1,75 В. Нормативный показатель «резервная емкость» обеспечивает большее соответствие режима испытания батареи условиям эксплуатации ее на автомобиле.

Характеристики стартерного разряда аккумуляторной батареи удобно оцени­вать по силе тока холодной прокрутки. Он представляет собой максимальный разрядный ток, который батарея может обеспечить при температурах -18°С и -29°С в течение 30 с, сохраняя напряжение не менее 1,2 В на каждом аккуму­ляторе (7,2 В в случае 12-вольтовой батареи). Показатель «ток холодной про­крутки» позволяет упростить подбор аккумуляторной батареи для автомобилей на стадии их проектирования: определив силу тока, потребляемую электро­стартером при пуске двигателя, можно подобрать батарею из условия, чтобы эта сила тока не превышала силу тока холодной прокрутки.

Степень разряженности.

Разряженность батареи по величине измеренной плотности определяют с уче­том начальной плотности электролита полностью заряженной батареи в соот­ветствующем климатическом районе (табл. 2.6).

Ориентировочно состояние заряженности батареи можно определить из условия, что при изменении на 0,01 г/см³ плотности электролита происходит изменение степени заряженности примерно на 6,25% (при сроке службы до 75% от установленного для батареи).

Плотность электролита измеряют денсиметром 3 (рис. 2.49, а), помещенным в сте­клянной пипетке 2, или плотномером (рис. 2.49, б). При измерении плотности полость пипетки 2 или плотномера заполняется электролитом из аккумулятора с помощью груши 1. Плотность электролита отсчитывают по делению шкалы денсиметра, кото­рое устанавливается на уровне поверхности электролита. Цена деления шкалы ден­симетра 0,01 г/см³. Денсиметр не должен касаться стенок пипетки. Точность пока­заний денсиметра повышается, если пе­ред измерением 2-3 раза наполнить пи­петку электролитом и вылить его. При использовании плотномера плотность определяют по последнему из всплыв­ших поплавков 7, против которого на прозрачном корпусе 6 находится надпись с большим значением плотности. Чтобы учесть температурную поправку, одновременно с измерением плотности pj измеряют температуру электролита t_3n. Для приведения плотно­сти к температуре 25°С используют график на рис. 2.50.

Аккумуляторные батареи, степень разряженности которых больше 50% летом и 25% зимой, необходимо снять с эксплуатации и зарядить в стационарных ус­ловиях.

 

Подготовка аккумуляторных батарей к эксплуатации.

Аккумуляторные батареи в сухозаряженном исполнении выпускаются без элек­тролита. По согласованию с потребителем допускается поставка несухозаряженных батарей, а также батарей, залитых электролитом и полностью заряженных.

Электролит готовят из серной кислоты и дистиллированной воды. Концентри­рованная серная кислота представляет собой прозрачную жидкость без цвета и запаха с плотностью 1,83 г/см³ и содержанием в ней чистой серной кислоты 94%. Точка кипения ее - 33°С.

Температура заливаемого в аккумуляторы электролита не должна выходить за пределы 15 - 30°С. В зависимости от климатических районов эксплуатации батареи заливают электролит различной плотности

Батарея готова к эксплуатации, если через 0,3 - 2 ч плотность залитого электролита снижается не более, чем на 0,03 г/см³. В противном случае бата­рею необходимо подзарядить. Температура электролита не должна быть выше 35°С при подключении батареи к зарядному устройству и 45°С в процессе под- заряда. Если в конце заряда плотность отличается от нормы, ее корректируют добавлением дистиллированной воды или раствора серной кислоты плотно­стью 1,4 г/см³.

Таблица 2.5. Температура замерзания электролита различной плотности

Плотность	Температура	Плотность	Температура
электролита, г/см3.	замерзания, °С	электролита, г/см3,	замерзания, "С
при температуре 25°С		при температуре 25°С
1,09	-7	1,24	-50
1,12	-10	1,26	-58
1,14	-14	1,29	-66
1.16	-18	1,30	-68
1,18	-22	1,40	-36

Допускается установка на автомобиль сухозаряженной батареи после 20-ми­нутной пропитки электролитом, если батарея находилась на хранении больше года, а температура заливаемого электролита не превышала 15°С. Однако при первом перерыве в работе автомобиля рекомендуется батарею полностью за­рядить и довести плотность электролита до нормы.

Большинство сухозаряженных батарей, которые хранились со дня изготовле­ния меньше года, не требуют подзаряда при подготовке к эксплуатации. При сроках хранения, больших 1 года, батареи необходимо зарядить. При вводе в эксплуатацию необходимо также заряжать и несухозаряженные батареи.

Сухозаряженные батареи, хранившиеся при отрицательных температурах до -30°С, при необходимости срочного ввода их в действие можно заполнять подогретым электролитом с температурой +(40±2)°С и плотностью (1,27±0,01) г/см³. Такой электролит готовят в следующей последовательности. Во-первых, заранее приготавливают электролит плотностью 1,20-1,21 г/см³ при температуре 15^СС

(0,245 дм³ концентрированной серной кислоты плотностью 1,83 г/см³ на 1 л ди­стиллированной воды) и затем оставляют его на хранение в отапливаемом по­мещении. Перед заливкой в холодную батарею к 1 л заранее приготовленного электролита плотностью 1,20-1,21 г/см³ доливают 0,13 литра серной кислоты плотностью 1,83 г/см³, получая электролит плотностью 1,26-1,28 г/см³ и с тем­пературой 40°С. Подогретый электролит заливают в батарею, которую выдер­живают в течение 1 ч и устанавливают на транспортное средство, если срок хранения батареи менее 1 года. При большем сроке хранения проверяется плот­ность электролита и в случае ее снижения на 0,03 г/см³ батарею подзаряжают.

Батареи, срок хранения которых без электролита превысил установленные инструкциями по эксплуатации сроки (3 и 5 лет), после пропитки электролитом должны быть полностью заряжены в номинальном режиме током силой 0,05 .

 

 

 

Электролит. Правила приготовления и исходные материалы.

Приготовление электролита аккумулятора.
Электролит приготовляют из аккумуляторной серной кислоты и дистиллированной воды. Применение так называемой технической серной кислоты, имеющей посторонние примеси (железо, медь, хлор и др.), вызывает преждевременный выход из строя аккумулятора. Вода, используемая для приготовления электролита аккумулятора, должна быть химически чистая; поэтому следует применять дистиллированную воду.
Запрещается применять воду из водопровода или из системы парового отопления, так как такая вода содержит железо. Запрещается также применять речную или колодезную воду, содержащую большое количество солей, вредно действующих на аккумулятор.
При отсутствии дистиллированной воды допускается применение дождевой (собранной не с железных крыш и не в железных сосудах), а также воды, полученной в результате таяния снега, помещенного в стеклянный сосуд или сосуд из пластмассы.
Для приготовления электролита нужно применять посуду, стойкую против действия серной кислоты, — керамиковую, эбонитовую или свинцовую.
В посуду заливают сначала дистиллированную воду, а затем при непрерывном перемешивании кислоту. Обратный порядок заливки кислоты не допускается.
При интенсивной эксплуатации автомобиля рекомендуется для увеличения срока службы аккумуляторных батарей снижать плотность электролита на 0,02 единицы, но не ниже 1,240.

Большинству аккумуляторов открытого типа, поставляемых европейскими фирмами, предписывается применение в качестве компонентов для приготовления электролита серной кислоты и дистиллированной воды, чистота которых должна соответствовать германскому стандарту DIN 43530, что не соответствует широко применяемой в отечественной практике кислоте по ГОСТ 667-73 по допустимому количеству отдельных примесей. Сравнение физико-химических показателей серной кислоты по DIN 43530 и по другому отечественному стандарту ГОСТ 4204-77 (кислота для химических анализов) показывает, что последнюю допустимо применять вместо кислоты по германскому стандарту. Поэтому при поставке сухозаряженных аккумуляторов без комплектного электролита возможно применение при приготовлении электролита кислоты по ГОСТ 4204-77 и воды по ГОСТ 6709-72. Возможно также применение кислоты особой чистоты по ГОСТ 14262-78.

Исключение составляют аккумуляторы OPzS производства фирмы SONNENSCHEIN, для которых допустимо использование электролита, составленного из серной аккумуляторной кислоты высшего и первого сорта по ГОСТ 667-73 и дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72.

Для аккумуляторов открытого типа отечественного производства (если не указано другого) электролит должен готовиться из серной кислоты высшего и первого сорта по ГОСТ 667-73 и воды по ГОСТ 6709-72.

Для большинства поставляемых импортных аккумуляторов открытого типа плотность заливаемого электролита должна составлять (1,24±0,005) г/см³ при температуре 20 °С. Поэтому плотность электролита, измеренную при температуре, отличающейся от 20 °С, необходимо приводить к плотности при 20 °С по формуле

δ₂₀ = δ₁ + a(t - 20 °C), где

δ₂₀ - плотность электролита при температуре 20 °С, г/см³;

δ₁ - плотность электролита при температуре t, г/см³;

a - коэффициент изменения плотности электролита с изменением температуры на 1 °С, г/см³/°С (для конкретного значения плотности - см. табл. 8.1; например, для плотности электролита 1,24 г/см³ - a = 0,00072 г/см³/°С);

t - температура электролита, °С.

Перед приготовлением электролита для аккумуляторов следует убедиться в соответствии чистоты концентрированной кислоты и дистиллированной воды требованиям стандартов. Качество воды и кислоты должно удостоверяться заводским сертификатом или протоколом химического анализа, проведенного в соответствии с требованиями стандартов.

Приготовление большого количества электролита должно производиться в баках из эбонита или винипласта либо в деревянных баках, выложенных свинцом или пластиком.

В бак сначала заливают воду в количестве не более 3/4 его объема, а затем кислоту кружкой из кислотостойкого материала вместимостью до 2 л.

Заливку производят тонкой струей, постоянно перемешивая раствор мешалкой из кислотостойкого материала и контролируя его температуру, которая не должна превышать 60 °С.Учитывая, что количество выделяемого тепла при растворении серной кислоты в большой степени зависит от разности ее начальной концентрации и конечной плотности электролита, целесообразно растворение концентрированной серной кислоты проводить в два приема:

- сначала концентрированную серную кислоту разбавляют до получения раствора удельной плотностью 1,400 г/см³;

- затем производят понижение плотности полученного раствора до требуемой плотности электролита, что уже не связано со значительным выделением тепла.

Температура электролита, заливаемого в аккумуляторы, должна быть не выше 35 °С.

Батарея, залитая электролитом, оставляется на 2 - 4 ч для полной пропитки электродов. Время после заливки электролитом до начала заряда не должно превышать 15 ч во избежание сульфатации электродов.

Заливка аккумулятора электролитом.
В зависимости от климатической полосы, в которой работают автомобили, а также от времени года аккумуляторы заливают растворами серной кислоты различной плотности.
В элементы батареи следует наливать электролит, охлажденный до температуры не выше 25° С.
Перед заливкой электролита в батареи, которые не были в употреблении, надо удалить герметизирующие диски из-под пробок (эти диски на батарею больше не устанавливают).
После заливки электролита в батарею следует проверить его уровень в элементах с помощью стеклянной трубки длиной 100— 150 мм, наружным диаметром 6—8 мм и внутренним диаметром 5—6 мм. На трубке должны быть нанесены метки на расстоянии 10 и 15 мм от нижнего конца.
При измерении уровня трубку следует опустить в элемент до предохранительного щитка, затем зажать верхнее отверстие пальцем и вынуть. Столбик оставшегося в трубке электролита указывает его уровень над пластинами элемента.
Уровень электролита должен быть на 10—15 мм выше верхнего края пластин.

 

 

 

Величина плотности электролита в зависимости от климатических условий эксплуатации.

Плотность электролита выбирают в зависимости от условий, в которых будет эксплуатироваться автомобиль. Надо учитывать, что зимой при пониженной начальной плотности электролита и большой разряженности аккумулятора возможно замерзание электролита. Например, при начальной плотности 1,30 г/см3 в полностью разряженной батарее электролит может замерзнуть при -14 °С, если же начальная плотность электролита 1,24 г/см3, то разряженная батарея замерзнет уже при -5 °С.

 

Средства и правила измерения плотности электролита.

Плотность электролита измеряют денсиметром 3 (рис. 2.49, а), помещенным в сте­клянной пипетке 2, или плотномером (рис. 2.49, б).

При измерении плотности полость пипетки 2 или плотномера заполняется электролитом из аккумулятора с помощью груши 1. Плотность электролита отсчитывают по делению шкалы денсиметра, кото­рое устанавливается на уровне поверхности электролита. Цена деления шкалы ден­симетра 0,01 г/см³. Денсиметр не должен касаться стенок пипетки. Точность пока­заний денсиметра повышается, если пе­ред измерением 2-3 раза наполнить пи­петку электролитом и вылить его. При использовании плотномера плотность определяют по последнему из всплыв­ших поплавков 7, против которого на прозрачном корпусе 6 находится надпись с большим значением плотности. Чтобы учесть температурную поправку, одновременно с измерением плотности pj измеряют температуру электролита t_3n. Для приведения плотно­сти к температуре 25°С используют график на рис. 2.50.

Техника безопасности при приготовлении электролита.

Следует остерегаться попадания электролита па тело и одежду. Попавший на кожу электролит необходимо быстро вытереть насухо и место ожога нейтрализовать: если электролит кислотный - 10-% раствором соды в воде, а если щелочной - 5-% раствором борной кислоты и смыть сильной струей воды.
При приготовлении кислотного электролита необходимо серную кислоту смешать с дистиллированной водой в специально приготовленных сосудах (стеклянных, керамических, пластмассовых и т. п.); кислоту нужно выливать из посуды в воду при помощи качалок, сифонов или других приспособлений; переливать кислоту вручную не разрешается. Никогда нельзя лить дистиллированную воду в концентрированную серную кислоту, поскольку это приведет к взрывоподобному выплеску горячей серной кислоты.
При приготовлении щелочного электролита необходимо флакон со щелочью открывать осторожно, без применения больших усилий; чтобы облегчить открывание флакона, пробка которого залита парафином, следует прогреть горло флакона тряпкой, смоченной в горячей воде.
Рабочие, приготовляющие электролит, должны быть одеты в защитную спецодежду. Их надо дополнительно проинструктировать о правилах приготовления электролита и о порядке оказания первой помощи при ожогах кислотой, щелочью или электролитом.
Бутылки с серной кислотой или электролитом необходимо переносить вдвоем на носилках или перевозить в одиночку на тележках. Пробки на бутылках должны быть плотно закрыты.
В аккумуляторном помещении хранить бутылки с серной кислотой и флаконы с едким калием воспрещается.

 

 

 

Методы заряда аккумуляторных батарей.

Заряд при постоянстве тока.
Заряд батареи производится при постоянной величине зарядного тока, равной 0,1 С20 (0,1 от номинальной емкости при 20-часовом режиме разряда). Это значит, что для батареи емкостью 60 А/ч ток заряда должен быть равен 6 А. Для поддержания постоянства тока в течение всего процесса заряда необходимо регулирующее устройство.
Недостаток такого способа - необходимость постоянного (каждые 1-2 часа) контроля и регулирования зарядного тока, а также обильное газовыделение в конце заряда. Для снижения газовыделения и повышения степени заряженности батареи целесообразно ступенчатое снижение силы тока по мере увеличения зарядного напряжения. Когда напряжение достигнет 14,4 В, зарядный ток уменьшают в два раза (3 Ампера для батареи емкостью 60 А/ч) и при таком токе продолжают заряд до начала газовыделения. При заряде батарей последнего поколения, которые не имеют отверстий для доливки воды, целесообразно при увеличении зарядного напряжения до 15 В еще раз уменьшить ток в два раза (1,5 А для батарей емкостью 60 А/ч).
Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение 1-2 часов. Для современных необслуживаемых батарей такое состояние наступает при напряжении 16,3-16,4 В в зависимости от состава сплавов решеток и чистоты электролита (при его нормальном уровне).
Заряд при постоянстве напряжения.
При заряде этим методом степень заряженности АКБ по окончании заряда напрямую зависит от величины зарядного напряжения, которое обеспечивает зарядное устройство. Так, например, за 24 часа непрерывного заряда при напряжении 14,4 В полностью разряженная 12-вольтовая батарея зарядится на 75-85%, при напряжении 15 В - на 85-90%, а при напряжении 16 В - на 95-97%. Полностью зарядить разряженную батарею в течение 20-24 часов можно при напряжении зарядного устройства 16,3-16,4 В.
В первый момент включения тока его величина может достигать 40-50 А и более, в зависимости от внутреннего сопротивления (емкости) и глубины разряда батареи. Поэтому зарядное устройство снабжают схемными решениями, ограничивающими максимальный ток заряда.
По мере заряда напряжение на выводах батареи постепенно приближается к напряжению зарядного устройства, а величина зарядного тока, соответственно, снижается и приближается к нулю в конце заряда (если величина зарядного напряжения выпрямителя ниже напряжения начала газовыделения). Это позволяет производить заряд без участия человека в полностью автоматическом режиме. Ошибочно критерием окончания заряда в подобных устройствах считают достижение напряжения на выводах батареи при ее заряде, равного 14,4+0,1 В. При этом, как правило, загорается зеленый сигнал, служащий индикатором достижения заданного конечного напряжения, то есть окончания заряда. Однако, для удовлетворительного (на 90-95%) заряда современных необслуживаемых АКБ с помощью подобных зарядных устройств, имеющих максимальное зарядное напряжение 14,4-14,5 В, потребуется около суток.

 

 

 

Особенности заряда аккумуляторных батарей на автомобиле.

При постоянстве напряжения подзаряжаются батареи на автомобилях. Так как полный заряд батарей в этом случае невозможен, рекомендуется периоди­чески снимать батарею с машины и проводить полный заряд при постоянной си­ле тока в стационарных условиях.

На автомобиле генератор и аккумуляторная батарея включены параллельно и работают совместно, дополняя друг друга в зависи­мости от нагрузки.

Основным источником электроэнергии является генератор, кото­рый при работе обеспечивает электропитание всех потребителей и заряд батареи. При неработающем двигателе электропитание осуществляется от батареи. При работе автомобиля возможен режим, когда мощность под­ключенных потребителей пре­вышает мощность, развивае­мую генератором. В этом слу­чае недостающую мощность компенсирует батарея, работая параллельно с генератором.

Работа аккумулятор­ной батареи с генераторами переменного тока (рис. 1.44).

Характери­стики совместной работы зависят от режима работы двигателя и от нагрузки.

При номинальной частоте вращения генератора анализ совме­стной работы в зависимости от нагрузки целесообразно прово­дить графическим методом, совмещая внешнюю характеристику генератора L/_r(/_r) при п_г = const и зарядно-разрядную характери­стику батареи Щ/б) (рис. 1.45).

Сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем, т. е. допускаем, что напряжения на гене­раторе и батарее равны (U_r « L/₆). В зависимости от нагрузки при параллельной работе возможны следующие характерные случаи (см. рис. 1.44).

Нагрузка отсутствует и весь ток, вырабатываемый генератором, идет на заряд батареи; /_г = /_бз (точка 1, см. рис. 1.45).

Нагрузка включена, напряжение генератора равно регулируемо­му U_r = l/рег. Ток генератора идет на заряд батареи и питание на­грузки /_г = /_бз + /_н (точка 2).

Еще на этот вопрос может быть медленные ЗУ ответ в 14.

 

 

 

Выбор силы тока при заряде АКБ.

Аккумуляторные батареи заряжают от источника постоянного тока, на выво­дах которого напряжение выше зарядного напряжения заряжаемой батареи. При подключении к источнику тока положительный и отрицательный выводы батареи подсоединяются соответственно к положительным и отрицательным выводам источника. Сила зарядного тока

В стационарных условиях аккумуляторную батарею можно заряжать при по­стоянной силе тока или при постоянном напряжении. Напряжение зарядного устройства уменьшается с увеличением силы тока. Для поддержания постоян­ным одного из основных параметров режима заряда необходимо применять ре­гулирующие устройства.

Заряд при постоянной силе тока.

В этом случае заряжаемые батареи соединя­ются между собой последовательно и подключаются к зарядному устройству. Для поддержания постоянства силы тока в процессе заряда необходимо изменять напряжение источника тока или сопротивление зарядной цепи. Основные способы регулирования силы тока заряда: включение в цепь заряда последова­тельно с аккумуляторными батареями реостата: применение регуляторов тока, в частности, тиристорных. которые поддерживают постоянным среднее значение зарядного тока за счет периодического включения в цепь заряда дополнитель­ного резистора; изменение напряжения источника тока ручным или автоматиче­ским регулирующим устройством в соответствии с показаниями амперметра.

Большинство зарядных устройств получают питание от сети переменного тока и имеют трансформатор, поэтому допускают ступенчатую или плавную регулировку выходного напряжения за счёт изменения коэффициента транс­формации.

Число одновременно подключаемых на заряд батарей зависит от напряжения зарядного устройства или зарядной сети. Для обеспечения полного заряда 12-вольтовой батареи к ней нужно подвести напряжение 16,2 В, т.е. по 2.7 В на ка­ждый аккумулятор. Следовательно, число батарей с номинальным напряжени­ем 12 В. одновременно подключаемых к зарядному устройству, можно рассчи­тать по формуле:

Количество групп батарей, которое одновременно можно подключить к за­рядному устройству, зависит от мощности последнего:

Сила зарядного тока i₃ выбирается, исходя из выбранного режима заряда. При 10-часовом режиме заряда 1₃=0.1С₂₀ А. при 20-часовом l₃=0,05C₂₀ А.

Заряд при постоянстве силы тока отличается сравнительной простотой регу­лирующих устройств и обеспечивает полный заряд батарей. По силе тока и вре­мени заряда можно легко определить полученное батареей количество элект­ричества. Недостатком метода является большая продолжительность и обиль­ное газовыделение в конце заряда. Выделяющийся при электролизе воды газ создает видимость кипения электролита. Газовыделение и связанные с ним снижение уровня электролита, увеличение потерь энергии и температуры бата­реи уменьшаются при ступенчатом заряде. Чаще всего для этого используется контрольный заряд, состоящий из двух ступеней с различным уровнем зарядно­го тока. Первая ступень заряда током силой 0,1 С₂₀ А продолжается до тех пор, пока напряжение на каждом аккумуляторе не поднимется до 2,4 В (14,4 В для 12-вольтовой батареи). На второй ступени сила тока составляет 0,05С₂₀ А и поддерживается постоянной до конца заряда.

КПД заряда зависит от силы зарядного тока, степени заряженности батареи и температуры электролита. КПД заряда в комнатных условиях при силе тока заряда, меньшей 0,1С₂п А, для исправных батарей можно принять равным 0,85 - 0,90.

Пределы регулирования включаемого последовательно с заряжаемыми бата­реями реостата можно определить по формулам:

Большая продолжительность заряда, необходимость постоянного контроля и регулирования зарядного тока, повышенный расход электроэнергии на электро­лиз воды, повышение температуры в конце заряда, отрицательное влияние перезаряда и высокой температуры на состояние электродов являются недо­статками способа заряда батарей при постоянной силе тока, которых можно хотя бы частично избежать при других способах заряда.

Заряд при постоянном напряжении.

При этом способе заряда аккумуля­торные батареи подключают непо­средственно к источнику питания, на­пряжение которого поддерживается постоянным (рис. 2.52).

По мере заряда ЭДС и напряжение на выводах акку­муляторов возрастают и зарядный ток уменьшается. В начальный момент си­ла тока заряда зависит от степени разряженности батареи, температуры электролита, величины выходного на­пряжения зарядного устройства и мо­жет достигать (1-1,5)С₂₀ А.

Выбор оптимального значения за­рядного напряжения зависит от темпе­ратуры электролита и технического со­стояния батареи. Чем выше зарядное напряжение, тем интенсивнее заряд, но больше газовыделение и влияние других побочных факторов. При данном спосо­бе заряда возможен перегрев батареи вследствие большой силы тока в начале заряда. Заряд при постоянном напряжении затрудняется в условиях низких тем­ператур, так как резко возрастает внутреннее сопротивление батареи.

Способ заряда при постоянном напряжении отличается простотой, так как для поддержания необходимого режима заряда не нужны регулирующие уст­ройства. Зарядное напряжение на каждый аккумулятор должно составлять 2,4-2,5 В, следовательно, зарядное напряжение для 6-вольтовой батареи должно быть 7,2-7,5 В, а для 12-вольтоеых - 14,4-15,0 В. Сила зарядного то­ка для каждой батареи устанавливается автоматически. В процессе заряда с увеличением ЭДС батареи сила тока уменьшается и к концу заряда практиче­ски понижается почти до нуля. Батарею можно зарядить до 90 - 95% от номи­нальной емкости.

Частным случаем заряда при постоянном напряжении является заряд по за­кону «ампер-часов», при. котором аккумуляторная батарея заряжается током силой, численно равной 95% емкости, которую надо сообщить батарее при пос­ледующем заряде. Сила зарядного тока при таком условии снижается. Процесс заряда будет форсированным, но с наименьшими потерями энергии, без пере­грева электролита и обильного газообразования. Заряд по закону "ампер-часов" позволяет обеспечить полный заряд батареи за 4-4,5 ч, а до 90% номинальной емкости батарея заряжается за 2,5 ч.

Модифицированный заряд. Целью модифицированного заряда является сни­жение силы тока в начальный период заряда и уменьшение влияния колебаний напряжения в зарядной сети на зарядный ток. В цепь заряда включается не­большой резистор. Напряжение зарядной сети поддерживается постоянным в пределах от 2,5 до 3,0 В на каждый аккумулятор. Оптимальное для свинцовых аккумуляторов напряжение 2,6 В обеспечивает заряд примерно за 8 ч.

Изменение параметров свинцового аккумулятора в процессе модифицирован­ного заряда при напряжении зарядной сети 2,63 В и добавочном сопротивлении 0.0091 Ом показано на рис. 2.53.

Уже через 7 ч аккумулятор восстанавливает отданную при разряде емкость и далее в течение часа работает в режиме пе­резаряда.

Форсированный заряд. Для быстрого восстановления работоспособности силь­но разряженной аккумуляторной батареи проводят форсированный заряд током силой численно равной 0.7С₂о А. Время форсированного подзаряда должно быть тем меньше, чем больше сила тока заряда (30 мин при силе тока 0.7С₂о А, 45 мин при токе 0,5С₂₀ А и 90 мин при токе 0.3С₂₀ А). При повышении температуры электролита свыше 40°С заряд прекращается. Применять форсированный заряд можно только в исключительных случаях, так как многократное по­вторение такого способа заряда заметно сокращает срок службы аккумупяторной батареи.

Уравнительный заряд. При проведении уравнительного заряда токами мень­шими 0,1 С₂₀ А обеспечивается выравнивание плотности электролита и степени заряженное™ отдельных аккумуляторов батареи, восстановление активных масс на электродах, нейтрализация действия глубоких разрядов на отрицатель­ный электрод. Уравнительный заряд обычно используется для устранения воз­можной сульфатации электродов и заканчивается через три часа после устано­вления постоянства плотности электролита.

Постоянный подзаряд малыми токами. Ток заряда силой 0,025 - 0,1 А выби­рается из условия компенсации теряемой батареей емкости при саморазряде. Подзаряд может осуществляться при постоянной силе тока или при постоянном напряжении как на транспортном средстве, так и в помещениях для хранения батарей. Непрерывный подзаряд позволяет поддерживать батарею в заряжен­ном состоянии, однако одновременно ускоряет процесс коррозии решеток поло­жительных электродов. На подзаряд малыми токами следует устанавливать только исправные и полностью заряженные батареи.

Контрольно-тренировочный цикл. Для батарей, залитых электролитом, конт­рольно-тренировочные циклы проводятся один раз в год и в тех случаях, когда нужно оценить пригодность батареи для дальнейшей эксплуатации. По резуль­татам контрольно-тренировочного цикла судят о техническом состоянии бата­реи, выявляют неисправные аккумуляторы в батарее, оценивают её возможно­сти по отдаче емкости.

Контрольно-тренировочный цикл включает в себя заряд батареи током силой 0,1 С₂₀ А до напряжения 2,4 В на каждом аккумуляторе, дальнейший полный за­ряд батареи током 0,05С₂₀ А, затем разряд постоянным током силой 0,05С₂₀ А до конечного разрядного напряжения на аккумуляторе 1,75 В.

Емкость, отданная при разряде батареи в контрольно-тренировочном цикле, приводится к температуре 25°С и сравнивается с номинальной. В период га­рантированного срока службы она не должна быть меньше 0,9С₂о- Если емкость ниже 40% от номинальной, то батарея считается непригодной к экс­плуатации.

 

 

 

Подбор АКБ в группы для заряда и расчет количества в зависимости от характеристики зарядного устройства.

При заряде при постоянной силе тока заряжаемые батареи соединя­ются между собой последовательно и подключаются к зарядному устройству. Для поддержания постоянства силы тока в процессе заряда необходимо изменять напряжение источника тока или сопротивление зарядной цепи. Основные способы регулирования силы тока заряда: включение в цепь заряда последова­тельно с аккумуляторными батареями реостата: применение регуляторов тока, в частности, тиристорных. которые поддерживают постоянным среднее значение зарядного тока за счет периодического включения в цепь заряда дополнитель­ного резистора; изменение напряжения источника тока ручным или автоматиче­ским регулирующим устройством в соответствии с показаниями амперметра.

Большинство зарядных устройств получают питание от сети переменного тока и имеют трансформатор, поэтому допускают ступенчатую или плавную регулировку выходного напряжения за счёт изменения коэффициента транс­формации.

Число одновременно подключаемых на заряд батарей зависит от напряжения зарядного устройства или зарядной сети. Для обеспечения полного заряда 12-вольтовой батареи к ней нужно подвести напряжение 16,2 В, т.е. по 2.7 В на ка­ждый аккумулятор. Следовательно, число батарей с номинальным напряжени­ем 12 В. одновременно подключаемых к зарядному устройству, можно рассчи­тать по формуле:

Количество групп батарей, которое одновременно можно подключить к за­рядному устройству, зависит от мощности последнего:

Сила зарядного тока i₃ выбирается, исходя из выбранного режима заряда. При 10-часовом режиме заряда 1₃=0.1С₂₀ А. при 20-часовом l₃=0,05C₂₀ А.

Заряд при постоянстве силы тока отличается сравнительной простотой регу­лирующих устройств и обеспечивает полный заряд батарей. По силе тока и вре­мени заряда можно легко определить полученное батареей количество элект­ричества. Недостатком метода является большая продолжительность и обиль­ное газовыделение в конце заряда. Выделяющийся при электролизе воды газ создает видимость кипения электролита. Газовыделение и связанные с ним снижение уровня электролита, увеличение потерь энергии и температуры бата­реи уменьшаются при ступенчатом заряде. Чаще всего для этого используется контрольный заряд, состоящий из двух ступеней с различным уровнем зарядно­го тока. Первая ступень заряда током силой 0,1 С₂₀ А продолжается до тех пор, пока напряжение на каждом аккумуляторе не поднимется до 2,4 В (14,4 В для 12-вольтовой батареи). На второй ступени сила тока составляет 0,05С₂₀ А и поддерживается постоянной до конца заряда.

КПД заряда зависит от силы зарядного тока, степени заряженности батареи и температуры электролита. КПД заряда в комнатных условиях при силе тока заряда, меньшей 0,1С₂п А, для исправных батарей можно принять равным 0,85 - 0,90.

Пределы регулирования включаемого последовательно с заряжаемыми бата­реями реостата можно определить по формулам:

Большая продолжительность заряда, необходимость постоянного контроля и регулирования зарядного тока, повышенный расход электроэнергии на электро­лиз воды, повышение температуры в конце заряда, отрицательное влияние перезаряда и высокой температуры на состояние электродов являются недо­статками способа заряда батарей при постоянной силе тока, которых можно хотя бы частично избежать при других способах заряда.

При зарядке при постоянном напряжении подключают аккумуляторы непо­средственно к источнику питания, на­пряжение которого поддерживается постоянным (рис. 2.52).

По мере заряда ЭДС и напряжение на выводах акку­муляторов возрастают и зарядный ток уменьшается. В начальный момент си­ла тока заряда зависит от степени разряженности батареи, температуры электролита, величины выходного на­пряжения зарядного устройства и мо­жет достигать (1-1,5)С₂₀ А.

Выбор оптимального значения за­рядного напряжения зависит от темпе­ратуры электролита и технического со­стояния батареи. Чем выше зарядное напряжение, тем интенсивнее заряд, но больше газовыделение и влияние других побочных факторов. При данном спосо­бе заряда возможен перегрев батареи вследствие большой силы тока в начале заряда. Заряд при постоянном напряжении затрудняется в условиях низких тем­ператур, так как резко возрастает внутреннее сопротивление батареи.

Способ заряда при постоянном напряжении отличается простотой, так как для поддержания необходимого режима заряда не нужны регулирующие уст­ройства. Зарядное напряжение на каждый аккумулятор должно составлять 2,4-2,5 В, следовательно, зарядное напряжение для 6-вольтовой батареи должно быть 7,2-7,5 В, а для 12-вольтоеых - 14,4-15,0 В. Сила зарядного то­ка для каждой батареи устанавливается автоматически. В процессе заряда с увеличением ЭДС батареи сила тока уменьшается и к концу заряда практиче­ски понижается почти до нуля. Батарею можно зарядить до 90 - 95% от номи­нальной емкости.

 

 

 

Контроль за процессом заряда, определение конца заряда, корректировка плотности электролита.

Во время заряда температура электролита не должна превышать 40° С. При температуре электролита 40° С зарядный ток должен быть снижен до значения, обеспечивающего указанную температуру. В конце заряда плотность электролита, приведенная к плотности электролита при температуре 20°С, должна быть (1,205±0,005) г/см³. Между окончанием заряда и началом разряда должен быть перерыв от 0,5 до 3,0 ч.

Заряд проводят током величиной 1/10 от номинальной емкости при температуре электролита не выше 30°С в условиях холодного и умеренного климата и не выше 35°С в условиях жаркого и теплого климата,

Подзарядка батареи ведется до тех пор, пока не наступит обильное газовыделение во всех аккумуляторах (аккумуляторы «кипят») и в течение 2 ч напряжение и плотность электролита останутся постоянными.

Во время подзарядки периодически через каждые 2 ч нужно проверять напряжение, плотность и температуру электролита и следить, чтобы температура не поднималась выше 45 °С (в жаркой и тепловлажной зоне до 50°С). В этом случае нужно уменьшить вдвое зарядный ток на время, необходимое для снижения температуры до 30—35° С, или временно отключить зарядное устройство для охлаждения электролита до 30°С.

Степень заряженности аккумулятора определяется измерением величины плотности электролита. Плотность электролита измеряется ареометром. При замере плотности к показаниям ареометра следует прибавить или отнять температурную поправку, которая равна 0,01 г/см³ на каждые 15 °С, для уточнения реального состояния электролита по отношению к положенному согласно плотностям по климатическим зонам.

В конце подзарядки, если плотность электролита с учетом температурной поправки будет отличаться от нормы для данной климатической зоны, проводится корректировка плотности электролита доливкой дистиллированной воды при плотности выше нормы и доливкой кислоты плотностью 1,4 г/см³, когда она ниже нормы. После корректировки заряд нужно продлить на 30 мин для полного перемешивания электролита.

Окончательно замер уровня электролита проводится через 30 мин после конца подзарядки. Если уровень ниже нормы, то в аккумулятор добавляют электролит такой же плотности, которая должна быть при полностью заряженном аккумуляторе, при избытке излишек отбирается резиновой грушей.

При длительном перезаряде батареи происходит электролиз воды электролита на кислород и водород. Кислород сильно окисляет решетки положительных пластин и этим вызывает их разрушение. Одновременно при перезарядке в порах активной массы пластин накапливается большое количество газов кислорода и водорода, которые увеличивают давление в порах, это вызывает разрыхление и выкрашивание активной массы. Разрушение пластин вызывает уменьшение емкости батареи и короткое замыкание разноименных пластин. Характерным признаком перезарядки является сильное газовыделение (кипение) из электролита и быстрое уменьшение его уровня.

Корректировку плотности проводят в конце подзарядки, когда происходит хорошее смешение электролита из-за бурного газовыделения. Корректировку проводите в следующей последовательности:

В конце подзарядки замеряют температуру и плотность электролита: уровень электролита должен быть нормальным, не превышать верхний край сепараторов или предохранительного щитка на 10—15мм;

- если плотность оказалась выше требуемой, то предварительно отобрав из аккумулятора электролит, необходимо долить дистиллированную воду;

- если ниже требуемой, то долить раствор серной кислоты плотностью 1,40 г/см³.

После проведения всех операций по отбору-доливке и надежного перемешивания плотность электролита должна отличаться от требуемой с точностью ±0,07 г/см³.

 

 

 

Типы зарядных устройств. Правила техники безопасности при зарядке АКБ.

Наиболее распространенные типы зарядных устройств:

- ускоренные ЗУ 1–3-часовые;

Не всякий тип аккумуляторной батареи можно заряжать в ускоренном зарядном устройстве; так, например, свинцово-кислотный аккумулятор не сможет зарядиться так быстро, как никелево-кадмиевый.

Определение окончания заряда исключительно важно в ускоренных зарядных устройствах, так как более длительный заряд аккумулятора на больших токах и соответственно повышение температуры опасны для аккумуляторной батареи.

- медленные ЗУ 14–16-часовые (иногда 24-часовые);

Если Ni-Cd аккумулятор заряжать током в 1 С (100% током от номинальной емкости в течение часа), то типичная эффективность заряда по емкости будет составлять 0,91 (для идеального аккумулятора будет – 1). Для 100%-ного заряда следует заряжать 66 минут. На медленном заряде в 0,1 С (10%-ным током от номинальной емкости в течение 10 часов) эффективность заряда по емкости составит 0,71.
Причиной низкой эффективности заряда является то, что часть энергии заряда, поглощенного батареей, расходуется через рассеяние в тепло. Поэтому в медленном ЗУ (ток равен 0,1 С, т. е. 10% от номинальной емкости – см. оценку емкости) аккумулятор рекомендуют заряжать в течение 14–16 часов (не следует воспринимать это как заряд на 140%!), а не в течение 10 часов.

Обычно медленные зарядные устройства (для Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторов ток зарядки равен 10% от номинальной емкости аккумулятора) не определяют окончание заряда, поскольку при малом зарядном токе более длительное нахождение аккумулятора в ЗУ, скажем, на 1–2 часа, не приводит к критическим последствиям.

- кондиционирующие ЗУ;

Предпочтение кондиционирующих зарядных устройств заключается в том, что, постоянно заряжая Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторы в этих ЗУ, можно заметно увеличить срок жизни аккумуляторов (не забывая о правилах эксплуатации аккумуляторов!)

Автомобильные аккумуляторы – это сложная и опасная техника. В их изготовлении использованы ядовитые и опасные химические вещества, способные нанести вред организму человека при несоблюдении элементарных правил безопасной работы с АКБ. Обращаться с ними нужно, соблюдая технику безопасности, так как в составе аккумуляторных батарей присутствуют опасные взрывчатые и вредные ядовитые вещества:

Серная кислота – крайне опасна, токсична, легко вступает в реакцию со всеми элементами, вызывает ожоги, возгорание, отравление парами. При взаимодействии с водой, в случае приготовления электролита, выделяется очень много тепла и газа. Заряженные автомобильные аккумуляторы имеют 30-40% концентрацию серной кислоты в электролите, а разряженные – только 10% или менее. В ее составе присутствуют малые доли мышьяка, марганца, тяжелых металлов, оксида азота, железа, меди, хлористых соединений.

Свинец – свинец и соли свинца (сульфат свинца) являются крайне ядовитыми веществами. Токсичность свинца не имеет такого яркого моментального эффекта, как серная кислота, зато он имеет свойство накапливаться в организме, поражая жизненно важные органы, например, почки. Постоянное отравление свинцом вызывает головную боль, усталость, боли в области сердца.

Мышьяк – очень ядовит. Отравление наступает при попадании всего 5 мг в организм человека, причем он также накапливается, вызывая серьезные последствия. Соединения мышьяка также ядовиты. Вызывает головную боль, рвоту, боли в животе, нервные расстройства.

Водород – это взрывоопасный и пожароопасный газ. При соотношении примерно равном 2 к 5 водород и кислород образуют гремучий газ, который может вызвать сильный взрыв. Ежегодно десятки тысяч людей страдают от ожогов и ран при взрыве гремучего газа при работе с аккумуляторами.

Правила безопасности при работе с аккумулятором:

1)    Заряжать автомобильные аккумуляторы можно только в хорошо проветриваемом помещении или при постоянном доступе воздуха.

2)    Работать с электролитом можно только в резиновых перчатках и защитных очках, поверхность кожи должна быть максимально закрыта одеждой.

3)    НЕЛЬЗЯ вливать дистиллированную воду в серную кислоту, только кислоту в воду, потому что вода легче кислоты, попадая на ее поверхность, она закипает и разбрызгивает ядовитую жидкость вокруг. Кислота, попадая в воду, сразу тонет и не может разбрызгиваться.

4)    НЕЛЬЗЯ курить, зажигать что-либо, использовать неисправные электроприборы, которые могут дать искру, при зарядке аккумулятора.

5)    Перед зарядкой АКБ необходимо выпустить скопившиеся газы, почистить газоотвод. Даже при полной зарядке аккумулятора, когда Вы его устанавливаете, нужно подождать, пока улетучатся все газы.

6)    Проветривайте подкапотное пространство перед установкой автомобильного аккумулятора на посадочное место. Подключайте спустя какое-то время, не пробуйте вызвать «искру» во избежание взрыва.

7)    НЕЛЬЗЯ заряжать автомобильные аккумуляторы в закрытом помещении, где находятся люди, например, в квартире. Испарение паров ядовитых соединений может стать причиной легкого отравления, вызывающего типичные симптомы химического отравления: головную боль, тошноту, резь в глазах, усталость, нервное расстройство и раздражительность.

1. Общие требования безопасности.   
1.1. К работе по зарядке и обслуживанию аккумуляторных батарей допускаются лица, прошедшие медицинское освидетельствование, вводный инструктаж по охране труда, инструктаж на рабочем месте, овладевшие практическими навыками безопасного выполнения работ и прошедшие проверку полученных при инструктаже знаний и навыков.
1.2. Аккумуляторщики в процессе работы обязаны соблюдать правила внутреннего трудового распорядка предприятия.
Курить разрешается в специально отведенных для этой цели местах, обеспеченных средствами пожаротушения.
1.3. Необходимо содержать рабочее место в порядке и чистоте, складывать сырье, заготовки, изделия и отходы производства в отведенных местах, не загромождать проходы и проезды.
1.4. На работника могут воздействовать опасные и вредные производственные факторы (движущиеся машины и механизмы, перемещающиеся грузы, производственный микроклимат, повышенная взрывоопасная концентрация водорода, едкие кислоты и щелочи).
1.5. Аккумуляторщик должен быть обеспечен спецодеждой и средствами индивидуальной защиты:
костюмом хлопчатобумажным с кислотозащитной пропиткой;
полусапогами резиновыми;
перчатками резиновыми;
фартуком резиновым;
очками защитными.
1.6. Работающие по зарядке аккумуляторных батарей должны строго соблюдать требования безопасности при работе с кислотами и едкими щелочами, которые при неправильном обращении могут вызвать химические ожоги, а при повышенной концентрации паров в воздухе - отравление.
1.7. При зарядке аккумуляторных батарей выделяется водород, который вносит в воздух мелкие брызги электролита. Водород при скоплении может достигнуть взрывоопасной концентрации, поэтому без вентиляции зарядку аккумуляторов производить нельзя.
1.8. Необходимо соблюдать правила электробезопасности при присоединении аккумуляторных батарей.
1.9. Лица, занятые на зарядке аккумуляторов, должны хорошо знать и строго выполнять все требования, изложенные в данной инструкции, а администрация предприятия обязана создать нормальные условия труда и обеспечить рабочее место аккумуляторщика всем необходимым для безопасного выполнения порученной ему работы, а также средствами первой помощи для предупреждения химических ожогов электролитом (проточной водопроводной водой для смывания брызг кислоты или щелочи; 1-% раствором борной кислоты для нейтрализации щелочи).
1.10. Аккумуляторщики должны знать и соблюдать правила личной гигиены.
1.11. Аккумуляторщики должны уметь оказать первую помощь пострадавшему при несчастном случае.
1.12. Инструкции по охране труда должны выдаваться всем аккумуляторщикам под расписку.
1.13. Обученные и проинструктированные аккумуляторщики несут полную ответственность за нарушение требований инструкции по охране труда согласно действующему законодательству.   
2. Требования безопасности перед началом работы
2.1. Надеть исправную спецодежду, резиновые сапоги и подготовить индивидуальные средства защиты (прорезиненные нарукавники, резиновые перчатки и защитные очки), застегнуть обшлага рукавов, брюки кислотостойкого костюма надеть поверх голенищ сапог, надеть резиновый фартук (нижний край его должен быть ниже верхнего края голенищ сапог), заправить одежду так, чтобы не было развевающихся концов, волосы подобрать под плотно облегающий головной убор.
2.2. Внимательно осмотреть рабочее место, привести его в порядок, убрать все мешающие работе предметы. Рабочий инструмент, приспособления и вспомогательные материалы расположить в удобном для пользования порядке и проверить их исправность.
2.3. Проверить и убедиться в исправной работе приточно-вытяжной вентиляции и местных отсосов;
проверить достаточность освещения рабочего места;
убедиться в отсутствии посторонних лиц в помещении.   
3. Требования безопасности во время работы.   
3.1. В помещении для зарядки аккумуляторов не допускать зажигания огня, курения, искрения электроаппаратуры и другого оборудования.
3.2. Присоединение клемм аккумуляторов на зарядку и отсоединение их после зарядки производить только при выключенном оборудовании зарядного места.
3.3. При осмотре батарей пользоваться переносной лампой безопасного напряжения 12 В.
Перед включением переносной электролампы в сеть во избежание искрения сначала вставить в штепсельную розетку, а затем включить рубильник; при выключении электролампы прежде выключить рубильник, а затем вынуть вилку.
3.4. Не касаться одновременно двух клемм аккумуляторов металлическими предметами во избежание короткого замыкания и искрения.
3.5. Проверку напряжения аккумуляторных батарей производить только вольтметром.
3.6. При снятии и установке аккумуляторов на электрокар следить, чтобы не произошло замыкания их с металлическими частями электрокара.
3.7. Присоединение батарей к электросети постоянного тока и соединение аккумуляторов между собой производить в резиновых перчатках и резиновой обуви.
3.8. Не прикасаться руками без резиновых перчаток к токоведущим частям (клеммам, контактам, электропроводам). В случае необходимости применения инструмента пользоваться инструментом с изолированными рукоятками.
3.9. При работе с кислотой, кислотным и щелочным электролитом и приготовлении электролита соблюдать следующие требования:
кислоту надлежит хранить в бутылях с закрытыми притертыми пробками в специальных обрешетках, в отдельных проветриваемых помещениях. Бутыли с кислотой должны быть установлены на полу в один ряд. Порожние бутыли из-под кислоты следует хранить в аналогичных условиях;
на всех сосудах с электролитом, дистиллированной водой, содовым раствором или раствором борной кислоты, бутылях с кислотой должны быть нанесены четкие надписи (наименования) жидкости;
перенос бутылей должен производиться двумя лицами при помощи специальных носилок, на которых бутыль надежно закреплена. Предварительно проверить исправность носилок;
розлив кислоты из бутылей должен производиться с принудительным наклоном при помощи специальных устройств для закрепления бутылей. Допускается розлив кислоты с использованием специальных сифонов;
приготовление электролита производить только в специально отведенном помещении;
при приготовлении электролита необходимо лить тонкой струей серную кислоту в дистиллированную воду, все время помешивая электролит;
запрещается лить дистиллированную воду в серную кислоту, так как вода в соприкосновении с кислотой быстро нагревается, вскипает и, разбрызгиваясь, может нанести ожоги;
приготовление электролита производить только в свинцовой, фаянсовой или эбонитовой ваннах. Приготовление электролита в стеклянной посуде запрещается, так как от резкого разогрева она может лопнуть;
запрещается работать с кислотой без защитных очков, резиновых перчаток, сапог и резинового фартука, предохраняющих от возможного попадания капель кислоты на тело или в глаза работающего;
дробление кусков едкой щелочи должно производиться с применением специальных совков, щипцов, пинцетов и мешковины. Работающий должен быть защищен резиновым фартуком, резиновыми перчатками и защитными очками;
не перемешивать электролит в ванне путем вдувания воздуха через резиновый шланг.
3.10. При зарядке батарей не наклоняться близко к аккумуляторам во избежание ожога брызгами кислоты, вылетающими из отверстия аккумулятора.
3.11. Аккумуляторные батареи перевозить в специальных тележках с гнездами по размеру батарей. Переноску аккумуляторных батарей вручную, независимо от их количества, не производить, кроме перестановок.
3.12. Не касаться нагретых спиралей сопротивлений.
3.13. Строго соблюдать меры индивидуальной предосторожности: принимать пищу только в отведенном для этой цели помещении. Перед едой вымыть руки и лицо с мылом и прополоскать рот водой. Не хранить пищу и питьевую воду в аккумуляторном помещении;
ежедневно производить уборку столов и верстаков, протирая их тряпкой, смоченной в содовом растворе, а раз в неделю производить чистку стен, шкафов и окон.   
4. Требования безопасности в аварийных ситуациях.   
4.1. В случае попадания серной кислоты на кожу или в глаза немедленно смыть ее обильной струей воды, затем промыть 1-% раствором питьевой соды и доложить мастеру.
В случае признаков отравления от повышенной концентрации серной кислоты в воздухе выйти на свежий воздух, выпить молока и питьевой соды и доложить мастеру.
4.2. В случае попадания щелочи (едкого кали или едкого натра) на кожу или в глаза немедленно смыть ее обильной струей воды и промыть 3%-м раствором борной кислоты.
В случае признаков отравления от повышенной концентрации щелочи в воздухе выйти на свежий воздух, выпить молока и доложить мастеру.
4.3. При поражении электрическим током необходимо:
освободить пострадавшего от действия электрического тока;
освободить от стесняющей его одежды;
обеспечить доступ чистого воздуха к пострадавшему, для чего открыть окно и двери или вынести пострадавшего из помещения и делать искусственное дыхание;
вызвать врача.
4.4. При возникновении пожара вызвать пожарную охрану, известить администрацию предприятия и приступить к его тушению имеющимися средствами.   
5. Требования безопасности по окончании работы. 
5.1. Привести в порядок рабочее место.
Инструмент и приспособления протереть и сложить на отведенное для них место.
5.2. Надежно закрыть краны емкостей с кислотой и электролитом.
5.3. Сообщить мастеру или сменщику обо всех неисправностях и недостатках, замеченных во время работы, и о принятых мерах к их устранению.
5.4. Снять и сдать на хранение в установленном порядке спецодежду, средства индивидуальной защиты.
5.5. Вымыть руки и лицо теплой водой с мылом, хорошо прополоскать рот или принять душ.

 

 

 

Срок службы АКБ. Основные процессе, ограничивающие срок службы, и неисправности, к которым они приводят.

Каждый новый автомобильный аккумулятор имеет свой конструктивный ресурс, обеспеченный изготовителями путем применения различных добавок в сплаве решёток и активной массе пластин. Свойства сепараторов, качество электролита и строгое соблюдение технологии на всех этапах изготовления аккумуляторной батареи окончательно формируют исходный ресурс. Теоретически, ресурс стартерных батарей заканчивается с окончанием проводимости решёток положительных пластин, с превращением их металлической основы в окисное. Но это, так сказать, голая теория, которая на практике не всегда работает. Утрата ресурса аккумуляторов в реальных условиях эксплуатации может наступить и по другим причинам (обстоятельствам). Это может быть и отслоение активной массы от жил решёток и образование шлама, способствующего увеличению саморазряда, и коробление (деформация) пластин и повреждение сепараторов углами деформированных пластин, и расслоение активной массы и образование зазоров между ней и жилами решёток, создающих повышенное сопротивление при стартерном разряде (ведёт к снижению мощности разряда в пусковом режиме). Календарная продолжительность их работы на автотранспорте отражает взаимодействие трёх основных составляющих процесса эксплуатации: рабочие (эксплуатационные) показатели изделий электрооборудования, условия эксплуатации и действия водителя автомобиля.

Процессы;

- сульфатация пластин – контроль плотности электролита увеличивает срок службы;

- проход тока через батарею при пуске двигателя стартером или перезарядка аккумулятора на ЗУ вызывает перезаряд и интенсивное разложение воды электролита в составляющие газы (водород и кислород). Выделяющийся при электролизе атомарный кислород с отрицательным зарядом превращает металлические жилы решёток положительных пластин в окись свинца (диоксид), снижая их проводимость и механическую прочность – чем легче пуск двигателя и чем меньше время работы стартера, тем дольше срок службы АКБ;

- изменение с испарением уровня электролита и оголение пластин – своевременный долив дистиллированной воды продляет батарее жизнь;

- саморазряд батареи – если раз в месяц ставить аккумуляторную батарею на подзарядку малым током -- около 1...2А, это увеличит срок службы АКБ;

- глубокие разряды способствуют отслоению активной массы от жил решёток положительных пластин, а продолжительная эксплуатация батареи с заряженностью менее 60 % приводит к оплыванию этой массы, она в виде шлама оседает на дно банок. И отслоение активной массы, и её оплывание в шлам снижают разрядную мощность и ресурс аккумуляторов;
- глубокие разряды при работе АКБ с низкой заряженностью (летом - менее 50 %, а зимой - менее 70 %) происходит интенсивное оплывание активной массы (особенно положительных пластин) в осадок (шлам), который придаёт электролиту при заряде тёмный цвет. Случаи с глубоким разрядом автомобильных аккумуляторов в зимнее время приводят к образованию льда в банках, который повреждает не только электроды (пластины), но и корпус аккумуляторной батареи.

Назначение генераторных установок и требования к ним.

Генераторные установки на автомобиле входят в систему питания электрооборудования и служат для питания потребителей и подзарядки АКБ.

Требования:

- наименьшие эксплуатационные затраты;

- безопасность и надежность в эксплуатации;

- высокая мощность;

- долгий срок службы;

- постоянство характеристик выдаваемого тока.

Условия работы генераторных установок на автомобиле.

1. Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:
- одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АКБ;
- при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах двигателя не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;
- напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.
2. Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радиопомех.

 

 

 

Устройство генераторов переменного тока. Принципиальные схемы генераторов.

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы - генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно "компактные" генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.
Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками — передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.
Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы "компактной" конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. "Компактную" конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку, существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное - только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris—Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.
Рис.3 Статор генератора:
1 - сердечник, 2 - обмотка, 3 - пазовый клин, 4 - паз, 5 - вывод для соединения с выпрямителем

Статор генератора (рис.3) набирается из стальных листов толщиной 0.8...1 мм, но чаще выполняется навивкой "на ребро". Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.
Рис.4 Схема обмотки статора генератора:
А - петлевая распределенная, Б - волновая сосредоточенная, В - волновая распределенная
------- 1 фаза, - - - - - - 2 фаза, -..-..-..- 3 фаза

В пазах располагается обмотка статора, выполняемая по схемам (рис.4) в виде петлевой распределенной (рис.4,А) или волновой сосредоточенной (рис.4,Б), волновой распределенной (рис.4,В) обмоток. Петлевая обмотка отличается тем, что ее секции (или полусекции) выполнены в виде катушек с лобовыми соединениями по обоим сторонам пакета статора напротив друг друга. Волновая обмотка действительно напоминает волну, т. к. ее лобовые соединения между сторонами секции (или полусекции) расположены поочередно то с одной, то с другой стороны пакета статора. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция исходит влево, другая направо. Расстояние между сторонами секции (или полусекции) каждой обмотки фазы составляет 3 пазовых деления, т.е. если одна сторона секции лежит в пазу, условно принятом за первый, то вторая сторона укладывается в четвертый паз. Обмотка закрепляется в пазу пазовым клином из изоляционного материала. Обязательной является пропитка статора лаком после укладки обмотки.
Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис.5). Она содержит две полюсные половины с выступами — полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы - полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Рис.5. Ротор автомобильного генератора:

а - в сборе; б - полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 - обмотка возбуждения; 4 - контактные кольца; 5 - вал
Если полюсные половины имеют полувтулки, то обмотка возбуждения предварительно наматывается на каркас и устанавливается при напрессовке полюсных половин так, что полувтулки входят внутрь каркаса. Торцевые щечки каркаса имеют выступы-фиксаторы, входящие в межполюсные промежутки на торцах полюсных половин и препятствующие провороту каркаса на втулке. Напрессовка полюсных половин на вал сопровождается их зачеканкой, что уменьшает воздушные зазоры между втулкой и полюсными половинами или полувтулками, и положительно сказывается на выходных характеристиках генератора. При зачеканке металл затекает в проточки вала, что затрудняет перемотку обмотки возбуждения при ее перегорании или обрыве, т. к. полюсная система ротора становится трудноразборной. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно - контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т. к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.
Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.
Щеточный узел - это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов — меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.
Выпрямительные узлы применяются двух типов - либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластинтеплоотводов, соединенных с "массой" и выводом "+" генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.
Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец - обычно плотная, со стороны привода - скользящая, в посадочное место крышки наоборот - со стороны контактных колец - скользящая, со стороны привода - плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства - резиновые кольца, пластмассовые стаканчики, гофрированные стальные пружины и т. п.

Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами - диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле. Гибридные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения на монокристалле ни разборке, ни ремонту не подлежат.
Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (рис. 7,а) воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места - к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом (рис. 7,б), закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов "компактной" конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Рис.7. Система охлаждения генераторов.

а - генераторы обычной конструкции; б - генераторы для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в - генераторы компактной конструкции.
Стрелками показано направление воздушных потоков
Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Принципиальная схема генераторной установки.

При соединении в "треугольник" фазные токи в корень из 3 раза меньше линейных, в то время как у "звезды" линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в "треугольник", значительно меньше, чем у "звезды". Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в "треугольник", т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более толстым проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у "звезды" в корень из 3 больше фазного, в то время как у "треугольника" они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения "треугольник" требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со "звездой".

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа "звезда". В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в "звезду", т. е. получается "двойная звезда".
Uф1 — Uф3 - напряжение в обмотках фаз: Ud - выпрямленное напряжение; 1, 2, 3 - обмотки трех фаз статора: 4 - диоды силового выпрямителя; 5 - аккумуляторная батарея; 6 - нагрузка; 7 - диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 8 - обмотка возбуждения; 9 - регулятор напряжения

Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых: VD1, VD3 и VD5 соединены с выводом "+" генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом "-" ("массой"). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис.1, пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в "звезду", т. к. дополнительное плечо запитывается от "нулевой" точки "звезды".
У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9—VD 11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. По графику фазных напряжений на рисунке внизу можно определить, какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения Uф1 действует в обмотке первой фазы, Uф2 - второй, Uф3 - третьей.

Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t1, когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы - положительно, а третьей - отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам. Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление - от вывода "+" генераторной установки к ее выводу "—" ("массе"), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени t1 открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9—VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25...35 А).

Генератор состоит из статора 11 (рис. 1.10), ротора 10, крышки 14 со стороны привода, крышки 4 со стороны контактных колец с выпрямительным блоком 2 и шкива с вентилятором 17.

Пакет статора набран из пластин электротехнической стали толщиной 1 мм, соединенных при помощи сварки в четырех точках. Трехфазная обмотка 18 статора расположена в пазах полузакрытой формы. Обмотка трехплоскостная, двухслойная, с числом пазов на полюс и фазу, равным 1. Фазовые обмотки соединены в двойную «звезду». Число витков в фазе 54. Диаметр провода фазы 0,95 мм, сопротивление фазы в холодном состоянии 0,155 Ом.

Ротор включает в себя вал 9, обмотку возбуждения 12, клювооб- разные полюсы и контактные кольца 8. Обмотка возбуждения изо­лирована от полюсов пластмассовым каркасом. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам. Для предотвращения проворачивания и междувиткового замыкания обмотка пропитана лаком, а ротор в сборе для снижения вибрации сбалансирован в двух плоскостях. Обмотка имеет следующие параметры: число вит­ков 420, диаметр медного провода 0,8 мм и сопротивление обмотки в холодном состоянии 2,6 Ом.

Крышки генератора 4 и 14 литые, выполнены из алюминиевого сплава. В крышках установлены шарикоподшипники 5 и 16, причём в канавке крышки со стороны контактных колец для предотвраще­ния проворачивания наружной обоймы шарикоподшипника уста­новлено резиновое кольцо 6. Крышки имеют вентиляционные окна. Со стороны привода крышка имеет стальной болт 13 крепления натяжной планки генератора и армированную стальную втулку в крепежной лапе генератора. В крепежной лапе со стороны кон­тактных колец вставлена резиновая армированная втулка 1, позво­ляющая выбирать осевой зазор при креплении генератора на дви­гателе. На крышке со стороны контактных колец расположены щет­кодержатель 7 с двумя щетками, конструктивно объединенный с интегральным регулятором напряжения, выпрямительный блок стремя дополнительными диодами для питания обмотки возбужде­ния помехоподавительный конденсатор 3 емкостью 2,2 мкФ под­соединенный к генератору с помощью флажкового штекера.

Интегральный регулятор напряжения и конденсатор имеют гер­метичное исполнение. Протяжная вентиляция генератора осущест­вляется центробежным вентилятором 17, насаженным через сег­ментную шпонку 75 на вал ротора.

Электрическая схема генератора 37.3701 показана на рис. 1.11.

 

 

 

Работа генераторов переменного тока, зависимость изменения напряжения генератора от частоты вращения ротора генератора.

Преобразование механической энергии, которую автомобильный генератор получает от двигателя внутреннего сгорания через ременную передачу, в электрическую происходит, как и в любом генераторе, в соответствии с яв­лением электромагнитной индукции. Суть явления состоит в том, что, если изменять магнитный поток, пронизывающий катушку, витки которой выпол­нены из проводящего материала, например, медного провода, то на выводах катушки появляется электрическое напряжение, равное произведению чис­ла ее витков на скорость изменения магнитного потока. Совокупность таких катушек образует в генераторе обмотку статора. Возможны два варианта изменения магнитного потока: по величине и направлению, что обеспечива­ется в щеточной конструкции вентильного генератора, или только по вели­чине, что характерно для индукторного бесщеточного генератора. Для обра­зования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электри­ческий ток. Эта катушка образует обмотку возбуждения. Сталь, в отличие от воздуха, хорошо проводит магнитный поток. Поэтому основные узлы генера­тора, в которых происходит преобразование механической энергии в элект­рическую, состоят из стальных участков и обмоток, в которых создается магнитный поток при протекании в них электрического тока (обмотка возбу­ждения), и возникает электрический ток при изменении этого потока (обмот­ка статора).

Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор, главную неподвижную часть, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторы­ми другими деталями (валом, контактными кольцами) - ротор, главную враща­ющуюся часть.

Питание обмотки возбуждения осуществляется от источника постоянного то­ка, например, от аккумуляторной батареи или от самого генератора. В последнем случае генератор работает на самовозбуждении, его первоначальное напряже­ние образуется за счет остаточного магнитного потока, который создается стальными частями ротора даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Это напряжение вызывает появление электрического тока в обмотке возбужде­ния, в результате чего магнитный поток усиливается и вызывает лавинный про­цесс возбуждения генератора. Однако самовозбуждение генератора происходит на слишком высоких частотах вращения ротора. Поэтому в схему генераторной установки, если обмотка возбуждения не соединена с аккумуляторной батареей, вводят такое соединение через контрольную лампу мощностью 2-3 Вт. Небольшой ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, обеспечивает возбуждение генератора при низких частотах вращения ротора. При работе ге­нератора напротив катушек обмотки статора устанавливается то южный, то се­верный полюс ротора, при этом направление магнитного потока, пронизываю­щего катушку, изменяется, что и вызывает появление в ней переменного напря­жения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора п и числа пар полюсов р генератора:

f =

Зависимость изменения силы тока генератора от частоты вращения ротора и нагрузки.

У всех автомобильных генераторов отечественного производства и, за редким исключением, генераторов зарубежных фирм шесть пар полюсов, при этом ча­стота переменного тока в обмотке статора, выраженная в Гц, меньше частоты вращения ротора генератора, измеряемой в мин^-1, в 10 раз.

С учетом передаточного числа ременной передачи i от двигателя к генерато­ру, частота переменного тока, выраженная через частоту вращения коленчато­го вала двигателя п_дв определяется соотношением:

f = 0,1 х i

Следовательно, по частоте переменного тока генератора можно измерять ча­стоту вращения коленчатого вала двигателя, что и используется в реальных схемах подключением тахометра или любого другого устройства, реагирующего на частоту вращения коленчатого вала, к выводу обмотки статора.