Источники тока (аккумуляторы, генераторные установки, регуляторы напряжения)

Технологический колледж № 21

Специальность: 190631 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

РЕФЕРАТ

по модулю ПМ.01 «Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта»

«МДК 01.01.Устройство автомобилей»

ТЕМА: «Источники питания»

Выполнил:

Леонов. А.С.

Группа Т33/34 курс 2

Проверил: преподаватель

Григорьев В.В.

«__»__________2014 г.

Оценка _____________

Москва

2014 г.

Содержание:

1. Аккумуляторные батареи.

2. Генераторы.

3. Кузов.

4. Список литературы.

Источники тока (аккумуляторы, генераторные установки, регуляторы напряжения).

Аккумулятор — это химический источник элек­троэнергии, то есть устройство, в котором элект­рическая энергия получается непосредственным преобразованием химической энергии активных ве­ществ посредством электрохимических реакций. Он является так называемым вторичным химическим источником тока — устройством многократного ис­пользования за счет восстановления химической энергии при протекании тока в направлении, об­ратном направлению разряда.

Аккумуляторная батарея предназначена для пи­тания электроэнергией потребителей автомобиля при неработающем двигателе (при работающем дви­гателе она работает вместе с генераторной установ­кой, повышая отдаваемую им силу тока).

Аккумуляторные батареи автомобилей должны удовлетворять следующим требованиям:

• малое внутреннее сопротивление, что обеспе­чивает минимальные потери в самой батарее и вы­сокое разрядное напряжение на выводах батареи;

• достаточно большая емкость при небольших размерах и массе;

• хорошая работа при низких температурах, что облегчает пуск двигателя;

• простота технического обслуживания;

• высокая механическая прочность;

• большой срок службы (желательно равный или кратный периоду ремонтных работ автомобиля);

• минимальный саморазряд:

• невысокая стоимость.

Простейший свинцово-кислотный аккумулятор состоит из бачка (изготовлен из диэлектрика), двух электродов, установленных в бачке, заполненном электролитом. В качестве электролита применяет­ся 25—30% раствор серной кислоты H2S04 (его плотность 1,25—1,31 г/см3). Активным веществом электронов является диоксид свинца, или перекись свинца Pb02 (положительный электрод) и губча­тый свинец Pb (отрицательный электрод). Хими­ческие процессы (двойная сульфатация), протека­ющие в бачке, обеспечивают заряд или разряд ак­кумулятора.

При заряде под действием напряжения посто­янного тока, приложенного к электродам извне, электрическая энергия преобразуется в химичес­кую энергию. Происходит это следующим образом: под действием напряжения источника постоянно­го тока (аккумулятор включен в его цепь) во внеш­ней цепи аккумулятора свободные электроны дви­гаются к отрицательному электроду аккумулятора. При этом находящиеся в растворе электролита ионы воды

и сульфата свинца (Н+, ОН, Pb2+, S042~) пре­образуются соответствующим образом: около поло­жительного электрода происходит преобразование двухвалентных ионов свинца в четырехвалентные, из которых затем образуется выделяемая на элект­роде перекись свинца, и образование серной кис­лоты; около отрицательного электрода тоже обра­зуется серная кислота, а двухвалентные ионы свин­ца восстанавливаются, превращаясь в губчатый свинец. То есть, при заряде плотность электролита повышается.

Когда аккумулятор полностью зарядится, плот­ность электролита перестает увеличиваться, а если процесс заряда продолжить, то происходит «заки­пание» электролита (выделение из электролита кис­лорода и водорода, образующихся при электроли­тическом разложении воды).

При разряде, когда электроэнергия поступает от аккумулятора к потребителям, химическая энергия преобразуется в электрическую, на положительном электроде восстанавливается оксид свинца PbО, а на отрицательном свинец окисляется. При этом коли­чество серной кислоты уменьшается, воды — уве­личивается (так как на обоих электродах образует­ся сульфат свинца PbS04), плотность электролита и ЭДС батареи уменьшаются.

Происходит это следу­ющим образом: в электролите свинец отрицательного электрода частично растворяется и при окислении образует положительные ионы свинца Pb2+, а осво­бодившиеся избыточные электроны обеспечивают отрицательный заряд этого электрода и начинают двигаться по внешней цепи в направлении положи­тельного электрода. При этом положительные ионы свинца образуют сульфат свинца PbS04, который осаждается на поверхности отрицательного электро­да (т. к. слабо растворяется) и изменяет его серый цвет на светло-серый. Диоксид свинца положитель­ного электрода тоже растворяется в электролите, но значительно меньше, чем губчатый свинец отрица­тельного электрода. При диссоциации диоксид свин­ца образует положительные ионы четырехвалентно­го свинца Pb4+ (обеспечивают положительный потен­циал этого электрода) и отрицательные гидроксида ОН". Электроны, пришедшие на положительный электрод по внешней цепи от отрицательного элек­трода, восстанавливают четырехвалентный свинец до двухвалентного, который также образует сульфат свинца PbS04. То есть происходит преобразование перекиси свинца Pb02

(активная масса положитель­ного электрода) в сульфат свинца, при этом цвет по­ложительного электрода изменяется из светло-корич­невого в темно-коричневый.

На образование сульфата свинца расходуется сер­ная кислота (из 4-х молекул серной кислоты обра­зуется 4 молекулы воды, две из которых идут на гидротацию), что приводит к уменьшению плотно­сти электролита при разряде.

Разряду и заряду аккумулятора соответствует сле­дующее уравнение обратимой химической реакции: + +

Pb02 +2H2S04 +РЪ ~PbS04 +2Н20 +PbS04

Левая часть уравнения соответствует заряжен­ному состоянию аккумулятора, правая — разря­женному.

Основные характеристики аккумулятора: 1. ЭДС (электродвижущая сила, разность элект­родных потенциалов, измеренная при разомкнутой внешней цепи) аккумулятора Еа, измеряется в воль­тах, В, равна работе источника тока, потраченной на перенос единичного заряда по замкнутой цепи, зависит от плотности электролита и свойств актив­ной массы. ЭДС батареи Еб при последовательном со­единении аккумуляторов может быть вычислена по следующей эмпирической формуле:

В действительности после выключения разрядного или зарядного тока в порах электродов и в меж электродном пространстве концентрация электролита различна, то есть электродная поляризация не которое время сохраняется и после выключение тока. То есть для реального аккумулятора следует различать равновесную и неравновесную ЭДС, которая со ответствует переходному периоду от размыкания до установившегося равновесного состояния. Имение равновесная ЭДС вычисляется по формуле:

она не зависит от размеров и формы электродов, ко­личества электролита и количества активных масс.

2. Внутреннее сопротивление (сопротивление, ко­торое оказывается аккумулятором протекающему внутри току). Полное внутреннее сопротивление равно сумме омического сопротивления электродов, электролита и прочих частей аккумулятора и со­противления поляризации, появляющегося при изменении электродных потенциалов во время про­хождения тока.

При заряде оно равно гз = (U3 — E6)/la, при раз­ряде равно rp= (Е6 — Up)/Ip, где Vз, Up — напря­жение соответственно при заряде или разряде на полюсных выводах, Ijf Ip — соответственно сила за­рядного или разрядного токов. Внутреннее сопро­тивление одного аккумулятора очень мало (тысяч­ные доли Ома). Омическое сопротивление зависит от степени зараженности аккумулятора, от температуры сопротивление поляризации зависит от силы тока (зарядного или разрядного), температуры.

3. Напряжение аккумулятора (разность потен­циалов положительного и отрицательного электро­дов при замкнутой внешней цепи) в среднем рав­но 2В. Этот напряжение не равно ЭДС аккумуля­тора (из-за наличия внутреннего сопротивления ак­кумулятора): либо больше ЭДС (при заряде), либо меньше (при разряде), зависит от температуры электролита и силы тока (зарядного или разрядно­го). При заряде напряжение аккумулятора снача­ла увеличивается скачком, потом продолжает воз­растать (сначала достаточно резко, потом плавнее), после отключения внешнего источника постоянно­го тока (заряд окончен) напряжение резко умень­шается до величины, неравновесной ЭДС, а затем до величины, равновесной ЭДС, но не так резко. При разряде напряжение аккумулятора резко па­дает и продолжает достаточно быстро уменьшать­ся. Если разряд прекращен, то напряжение возра­стает до величины, неравновесной ЭДС, и затем бо­лее плавно — до величины, равновесной ЭДС.

Среднее напряжение — это среднее арифмети­ческое напряжений, измеренных через равные про­межутки времени. Обычно применяются батареи с напряжением 6, 12 или 24 В;

4. Емкость С (разрядная емкость) аккумулятор­ной батареи (количество электричества, которая спо­собна отдать полностью заряженная батарея при не­прерывном разряде), измеряется в ампер часах (А*ч), равна Ср = Iptp, где 1р — сила тока разряд­ного, tp — время разряда. Емкость батареи при пос­ледовательном соединении аккумуляторов равна ем­кости одного аккумулятора, при параллельном — сумме емкостей составляющих ее аккумуляторов. При времени разряда 20 часов можно определить номинальную емкость батареи — емкость, на кото­рую рассчитан аккумулятор и которая указывает­ся изготовителем. Аналогично разрядной определя­ется зарядная емкость Cg = I3t3, где 1з — сила тока зарядного, t3 — время заряда. Разрядная емкость зависит от следующих факторов:

• пористость активной массы (чем больше пори­стость, тем больше емкость);

• толщина электродов (чем меньше толщина, тем больше емкость);

• пористость и конструкция сепараторов (чем больше пористость, тем больше емкость);

• плотность электролита;

• сила разрядного тока (чем больше разрядный ток, тем меньше емкость);

• температура электролита (чем ниже темпера­тура, тем меньше емкость);

• степень заряженности (чем больше степень за­раженности, тем больше емкость).

5. Энергия аккумулятора W равна произведению зарядной (разрядной) емкости на среднее зарядное (разрядное) напряжение, измеряется в ватт-часах;

6. Мощность аккумулятора — количество энер­гии, отдаваемой аккумулятором в единицу време­ни, равна произведению величины разрядного тока на среднее разрядной напряжение;

7. Сила тока холодной прокрутки (определяет максимальную пусковую способность аккумулято­ра) — числено равна разрядному току, при кото­ром разрядное напряжение менее 7,2 В (для бата­реи напряжением 12 В) при определенной темпе­ратуре (минус 18°С или 29°С) на тридцатой секун­де разряда.

8. Саморазряд — снижение емкости аккумуля­торной батареи при разомкнутой внешней цепи вследствие окислительно-восстановительных процес­сов, протекающих на электродах произвольно (осо­бенно на отрицательном электроде), или при обра­зовании проводящей пленки между электродами снаружи из-за загрязнения. Саморазряд зависит от температуры электролита (чем ниже температура, тем меньше саморазряд), к концу срока службы ба­тареи он увеличивается.

В состав аккумуляторной батареи может входить 3, 6 или 12 аккумуляторов, находящихся в отсеках моноблока батареи и соединенных последовательно перемычками. Крышки аккумуляторов имеют за­ливные отверстия с пробками. Основной частью ак­кумулятора являются положительные и отрицатель­ные пластины, разделенные сепараторами (изолято­рами) и установленные на призмы, расположенные на дне моноблока. Токоведущие баретки аккумуля­тора, соединяющие пластины в группы — полубло­ки, имеют выходные штыри. Пластины устанав­ливаются в такой последовательности: отрицатель­ная, положительная, отрицательная, положитель­ная, отрицательная (т. е. отрицательных больше на одну пластину). Моноблок изготавливается из эбо­нита, термопласта или асфальтопековой пластмас­сы, в него запрессовываются кислотоупорные встав­ки. Между призмами моноблока имеется шламовая камера, предназначенная для сбора оседающего шла­ма (выпадающих частиц активного вещества).

Конструктивно пластины аккумулятора пред­ставляют собой решетку из свинцово-сурьмянистого сплава

с нанесенной на нее активной массой: для положительных пластин свинцовый сурик Pb304 и оксид свинца PbО (свинцовый глет), для отрица­тельных — свинцовый порошок, свинцовый глет, серная кислота в растворе, расширители. На заво­де-изготовителе пластины, помещенные в емкость с электролитом, заряжаются (проходят формовку), при этом активные вещества переходят в перекись свинца (на положительной пластине) и в губчатый свинец (на отрицательной). Пластины становятся пористыми. Выпускаются с заводов батареи с су­хими заряженными пластинами. Перед установкой на автомобиль батарея с сухозаряженными пласти­нами заливается электролитом.

Сепараторы предназначены для изоляции плас­тин друг от друга, то есть они предотвращают замы­кание, но при этом не препятствуют переносу элек­тролита от одного электрода (пластины) к другому. Сепараторы представляют собой тонкие Ц — 2 мм) листы пористого кислостойкого материала: мипора (микропористая резина) или мипласта, поровинила, полиэтилена (микропористой пластмассы). По раз­меру больше пластин, с одной стороны они глад­кие, с другой — ребристые. Устанавливаются реб­ристой стороной к положительной пластине, что об­легчает доступ электролита к ней.

Со стороны от­рицательной пластины на сепараторе также имеются ребра, но они небольшие по высоте (0,15-0,2 мм), предназначены для облегчения диффузии и кон­векции электролита около отрицательного элект­рода и для предотвращения «прорастания» сепа­ратора в процессе эксплуатации.

Электролит изготавливается из чистой серной кислоты плотности 1,83 г/см3 и дисциллированной воды, начальная плотность раствора 1,4-1,45 г/см3, затем плотность раствора меняется в зависимости от условий применения и составляет 1,23—1,3 г/см3. При индивидуальном изготовлении электролита надо выполнять следующие правила:

посуда должна быть кислотостойкой, напри­мер, керамической;

кислота в посуду заливается только после того, как туда будет налита вода;

уровень электролита в батарее должен быть выше верхнего края сепаратора на 10—15 мм.

Плотность электролита измеряется денсиметром.

Аккумуляторная батарея может быть заряжена от любого источника постоянного тока, имеющего напряжение выше напряжения батареи. Заряд ак­кумуляторной батареи может производиться при по­стоянном токе или при постоянном напряжении.

Заряд батареи при постоянном токе имеет не­сколько разновидностей:

модифицированный заряд (приближается к за­ряду при постоянном напряжении), позволяет умень­шить силу тока в начале заряда и снизить влияние колебаний напряжения,

уравнительный заряд (сила тока численно рав­на 10% номинальной емкости или меньше), обес­печивает полное восстановление всех активных масс батареи, не допускает вероятную сульфатацию элек­тродов,

форсированный заряд (сила тока численно рав­на 70% номинальной емкости, промежуток време­ни небольшой), для одной и той же батареи приме­нять более одного раза не рекомендуется, т. к. срок службы снижается значительно,

постоянный подзарад (ток приблизительно ра­вен току саморазряда), позволяет достаточно долго поддерживать батарею в состоянии полного заря­да, но ускоряет процесс коррозии положительных электродов.

Маркируются аккумуляторные батареи следующим образом в указанном порядке:

цифра, соответствующая количеству аккуму­ляторов в батарее,

буквы, обозначающие тип батареи (например, СТ — стартерный тип);

после тире указывается номинальная емкость батареи;

материал моноблока (Т — термопласт, Э — эбонит);

материал сепаратора (М — монопласт, С — стекловолокно, Р — мипор);

наличие буквы Н в конце записи говорит о том, что батарея не сухозаряженная;