Работа, характеристики и требования к эксплуатации аккумуляторной батареи

Действие ак­ку­муля­тора ос­но­вано на гальва­ничес­ком эф­фекте прев­ра­щения энер­гии: хи­мичес­кой в элек­три­чес­кую (раз­рядка) и элек­три­чес­кой в хи­мичес­кую (за­ряд­ка).

При раз­рядке гальва­ничес­ко­го эле­мен­та рас­хо­ду­ет­ся кис­ло­та и об­ра­зу­ет­ся во­да и сульфат свин­ца (на элек­тро­дах). Кон­цен­тра­ция кис­ло­ты уменьша­ет­ся.

При за­ряд­ке про­ис­хо­дит вос­ста­нов­ле­ние ок­си­да свин­ца на по­ложи­тельном элек­тро­де и свин­ца на от­ри­цательном элек­тро­де из сульфа­та свин­ца. При этом кон­цен­тра­ция элек­тро­лита и его плот­ность уве­личи­ва­ют­ся.

Вни­мание! Ес­ли пос­ле пол­ной за­ряд­ки про­дол­жать прик­ла­дывать нап­ря­жение к ак­ку­муля­тору, то во­да нач­нет раз­ла­гаться на кис­ло­род и во­дород. Это опас­но!

Плот­ность элек­тро­лита ха­рак­те­ризу­ет за­ряжен­ность ак­ку­муля­тора.

Ем­кость ак­ку­муля­тора по­казы­ва­ет вре­мя, в те­чение ко­торо­го мо­жет ра­ботать пол­ностью за­ряжен­ный ак­ку­муля­тор, пи­тая наг­рузку с пос­то­ян­ной си­лой то­ка до оп­ре­делен­но­го ко­неч­но­го нап­ря­жения. Ее из­ме­ря­ют в ам­пер-ча­сах. Ем­кость уменьша­ет­ся при сни­жении тем­пе­рату­ры и уве­личе­нии раз­рядно­го то­ка.

Ос­новные ха­рак­те­рис­ти­ки рос­сийских ав­то­мобильных ак­ку­муля­тор­ных ба­тарей от­ра­жены в мар­ки­ров­ке. Нап­ри­мер, в мар­ки­ров­ке 6СТ-75А1: 6 — чис­ло пос­ле­дова­тельно со­еди­нен­ных ак­ку­муля­торов по 2 В; СТ — стар­терная; 75 А/ч — ем­кость при 20-ча­совой раз­рядке; А — об­щая крыш­ка; 1 — ин­форма­ция о спо­собе и ма­тери­алах из­го­тов­ле­ния ба­тареи. В мар­ки­ров­ке мо­жет быть и иная ин­форма­ция: ТСТ — трак­торная стар­терная; бак из­го­тов­лен из Э — эбо­нита, Т — тер­моплас­та, П — по­ли­эти­лена; се­пара­тор из­го­тов­лен из М — мик­ро­порис­той плас­тмас­сы, П — по­ливи­нила, С — стек­ло­волок­на; за­лита и пол­ностью за­ряже­на — З, не­заря­жена — Н. Ес­ли бук­вы нет — АБ су­хоза­ряжен­ная.

В про­цес­се экс­плу­ата­ции АКБ нуж­но под­держи­вать в сос­то­янии, близ­ком к пол­ной за­ряжен­ности. Сни­жение ем­кости бо­лее 50% ле­том и 25% зи­мой не­допус­ти­мо. Уро­вень элек­тро­лита дол­жен быть вы­ше плас­тин на 12…15 мм. При не­об­хо­димос­ти до­лива­ют дис­тилли­рован­ную во­ду. За­ряжен­ность АКБ оп­ре­деля­ют по плот­ности элек­тро­лита. Ее за­меря­ют аре­омет­ром. В зо­нах с тем­пе­рату­рой до -30°С плот­ность круг­лый год дол­жна быть 1,27 г/см³, при тем­пе­рату­ре до -40°С — 1,3 г/см³, для зон с теп­лым кли­матом — 1,25 г/см³. С большей точ­ностью за­ряжен­ность оп­ре­деля­ют наг­ру­зоч­ной вил­кой. При ее ис­пользо­вании нап­ря­жение дол­жно быть 1,7…1,8 В в те­чение 5 с.

Раз­ность по­каза­ний меж­ду эле­мен­та­ми не дол­жна пре­вышать 0,1 В. Ес­ли нап­ря­жение од­но­го из эле­мен­тов ме­нее 1,5 В, то раз­ря­жен­ность АБ сос­тавля­ет бо­лее 50% или она не­ис­прав­на. За­ряжа­ют ак­ку­муля­торы то­ком, си­ла ко­торо­го сос­тавля­ет 10% чис­ленно­го зна­чения ем­кости.

Генераторы

Ге­нера­торы слу­жат для пи­тания элек­тро­тех­ни­чес­ких ус­тройств ТС и под­за­ряд­ки АБ. На трак­то­рах и ав­то­моби­лях ис­пользу­ют в ос­новном ге­нера­торы пе­ремен­но­го то­ка. Они ком­пак­тны, лег­ки и на­деж­ны, спо­соб­ны за­ряжать АБ на ма­лых обо­ротах дви­гате­ля.

Все ге­нера­торы сос­то­ят из двух ос­новных уз­лов: ин­дукто­ра и яко­ря.

Ин­дуктор соз­да­ет маг­нитное по­ле, ко­торое, пе­ресе­кая об­мотки яко­ря, на­водит в них ЭДС. У ге­нера­торов пе­ремен­но­го то­ка ро­тор — ин­дуктор, ста­тор — якорь. У сов­ре­мен­ных ге­нера­торов ин­дуктор име­ет об­мотку с элек­тро­маг­нитным воз­бужде­ни­ем (рис. 26.3).

Рис. 26.3.Схемы действия генераторов:
а — постоянного тока с неподвижным магнитным полем; б — переменного тока с вращающимся магнитным полем; в — щеточного вентильного (I — схема устройства; II — принципиальная схема); г — бесщеточного индукторного с неподвижной обмоткой; 1 — ротор (якорь); 2 — щеточный коллектор; 3 — индуктор возбуждения; 4 — статор (якорь); 5 — клювообразный полюс ротора; 6 — обмотка возбуждения ротора; 7 — щетки; 8 — направление магнитного потока; 9 — магнитопровод статора; 10 — диодный выпрямитель (вентиль); 11 — вал; 12 — втулка; 13 — звездочка ротора; 14 и 15 — диоды прямой и обратной проводимости соответственно; I — направление тока; Ф — магнитный поток

Ес­ли ин­дуктор под­вижный, то не­об­хо­димы щет­ки для по­дачи элек­три­чес­тва на ее об­мотку, ес­ли он не­под­ви­жен, то ще­точ­ный узел в та­ких ге­нера­торах от­сутс­тву­ет.

При по­даче пи­тания от АКБ ток пос­ту­па­ет в об­мотку воз­бужде­ния и соз­да­ет маг­нитное по­ле. Ког­да ро­тор вра­ща­ет­ся (от шки­ва ге­нера­тора), маг­нитный по­ток пе­ресе­ка­ет об­мотки ста­тора и на­водит в них ЭДС. Ес­ли по­люс ста­тора на­ходит­ся про­тив по­люса ро­тора, ЭДС мак­си­мальна, ес­ли про­тив впа­дины ро­тора — ЭДС ми­нимальна. В ре­зульта­те пе­ри­оди­чес­ко­го из­ме­нения ве­личи­ны маг­нитно­го по­тока в об­мотках ста­тора на­водит­ся пе­ремен­ная по нап­равле­нию и зна­чению ЭДС (рис. 26.4). Для по­луче­ния пос­то­ян­но­го то­ка (под­за­ряд­ка ак­ку­муля­тора) в та­ких ге­нера­торах ис­пользу­ют по­луп­ро­вод­ни­ковые вып­ря­мите­ли (вен­ти­ли). Для по­луче­ния нап­ря­жения, не за­вися­щего от наг­рузки и ско­рос­ти вра­щения ро­тора, ге­нера­торы ком­плек­ту­ют ре­гуля­тора­ми нап­ря­жения.

Рис. 26.4.Схема работы генераторной установки:
а — график изменения магнитного потока в зубце статора; б — график изменения трехфазового напряжения; в — схемы подключения обмотки возбуждения; t — время; Ф — магнитный поток; U — напряжение генератора; Т — период колебания; А, B и С — фазы; ОВ — обмотка возбуждения; РН — регулятор напряжения; VD — вентильные диоды; 1 — статор; 2 — ротор; 3 — выпрямитель; 4 — соединение «звезда»; 5 — соединение «треугольник»

На ТС ча­ще все­го ус­та­нав­ли­ва­ют бес­контак­тные, ин­дукци­он­ные (ин­дуктор­ные) трех­фазные ге­нера­торы пе­ремен­но­го то­ка. У них от­сутс­тву­ет под­вижный ще­точ­ный узел, по­это­му они бо­лее на­деж­ны. В ин­дуктор­ных ге­нера­торах маг­нитный по­ток соз­да­ют не­под­вижной об­моткой воз­бужде­ния. Ее ка­туш­ку пи­та­ют пос­то­ян­ным то­ком от ак­ку­муля­тора при пус­ке и от ге­нера­тора при ра­бота­ющем дви­гате­ле. Об­мотка воз­бужде­ния ус­та­нов­ле­на на пе­ред­ней крыш­ке. Для по­выше­ния сте­пени из­ме­нения маг­нитно­го по­тока и мощ­ности ге­нера­тора во впа­динах ро­тора ус­та­нов­ле­ны пос­то­ян­ные маг­ни­ты (рис. 26.5).

Рис. 26.5.Устройство бесконтактного генератора:
а — схема работы генератора индукторного типа; б — устройство генератора; 1 — магнитопровод статора; 2 — ротор (стальная звездочка); 3 — задняя крышка; 4 — подшипник; 5 — вал; 6 — обмотка статора; 7 — обмотка возбуждения; 8 — магнитная система индуктора (втулка с фланцем); 9 — передняя крышка (часть магнитопровода); 10 — постоянные магниты; 11 — переключатель сезонного регулирования напряжения; 12 — интегральный регулятор напряжения; 13 — диоды; 14 — конденсатор; 15 и 16 — выводы обмотки возбуждения; 17 — выпрямитель; 18 — пластмассовые колодки; Б и Д — выводные клеммы

Ге­нера­тор сос­то­ит из ста­тора, ро­тора, об­мотки воз­бужде­ния, вен­ти­лято­ра, пе­ред­ней и зад­ней кры­шек, шки­ва. Ста­тор соб­ран из плас­тин элек­тро­тех­ни­чес­кой ста­ли (вы­сокая маг­нитная про­води­мость) с па­зами. В эти па­зы уло­жены ка­туш­ки си­ловой об­мотки. Три пос­ле­дова­тельно со­еди­нен­ные ка­туш­ки об­ра­зу­ют фа­зу ге­нера­тора.

Фа­зы мо­гут со­еди­няться в «звез­ду» или «тре­угольник» (рис. 26.6).

Рис. 26.6.Схемы соединений обмоток статора:
а — соединение «звезда»; б — соединение «треугольник»

При со­еди­нении фаз в «звез­ду » кон­цы всех фаз со­еди­ня­ют в об­щей «ну­левой точ­ке», ко­торую изо­лиру­ют в ге­нера­торе или вы­водят «ну­левым про­водом». При со­еди­нении фаз в «тре­угольник » кон­цы фаз со­еди­ня­ют с на­чала­ми смеж­ных фаз. Точ­ки со­еди­нения фаз со­еди­ня­ют с вып­ря­мите­лем.

При со­еди­нении «тре­угольни­ком» си­ла то­ка в це­пи в 1,73 больше, чем при со­еди­нении «звез­дой». Та­кое со­еди­нение при­меня­ют для ге­нера­торов большой мощ­ности.

При со­еди­нении «звез­дой» нап­ря­жение в це­пи в 1,73 больше, чем при со­еди­нении «тре­угольни­ком». Это на­ибо­лее рас­простра­нен­ное со­еди­нение на ав­тотрак­торных ге­нера­торах.

В ка­чес­тве вып­ря­мите­лей в ге­нера­торах ис­пользу­ют по­луп­ро­вод­ни­ки (ди­оды). Ди­оды про­водят ток только в од­ном нап­равле­нии. Вып­ря­мите­ли обес­пе­чива­ют со­еди­нение це­пи ге­нера­тора с ак­ку­муля­тором, од­на­ко бла­года­ря по­луп­ро­вод­ни­ковым свойствам они пре­дот­вра­ща­ют раз­ряд ак­ку­муля­тора, ког­да нап­ря­жение ге­нера­тора меньше нап­ря­жения ак­ку­муля­тора. Каж­дая об­мотка ста­тора свя­зана с дву­мя ди­ода­ми (пря­мой и об­ратной по­ляр­ности). Ди­оды пря­мой по­ляр­ности про­пус­ка­ют ток по­ложи­тельно­го по­лупе­ри­ода, а об­ратной по­ляр­ности — от­ри­цательно­го. У ди­одов пря­мой по­ляр­ности с «мас­сой» со­еди­ня­ют ка­тод, а у об­ратной по­ляр­ности — анод. Сред­нее вып­рямлен­ное нап­ря­жение сос­тавля­ет 64% мак­си­мально­го пе­ремен­но­го нап­ря­жения, а чис­ло пульса­ций со­от­вет­ству­ет уд­во­ен­но­му чис­лу фаз (шесть за пе­ри­од).

Для нор­мальной ра­боты элек­тро­тех­ни­чес­ких ус­тройств, осо­бен­но кон­трольно-из­ме­рительных при­боров, не­об­хо­димо под­держи­вать в се­ти пос­то­ян­ное нап­ря­жение. Кро­ме то­го, не­об­хо­димо, что­бы ге­нера­тор под­клю­чал­ся к се­ти, ког­да его нап­ря­жение больше ак­ку­муля­тор­но­го, и от­клю­чал­ся от се­ти при зна­чени­ях, меньше, чем нап­ря­жение АБ.

Пре­выше­ние до­пус­ти­мой наг­рузки на ге­нера­тор мо­жет стать при­чиной па­дения на­пря­жения и его пе­рег­ре­ва. Не­об­хо­димо пу­тем ог­ра­ниче­ния си­лы то­ка, от­да­ва­емо­го ге­нера­тором, за­щитить его от пе­рег­ру­зок.

Нап­ря­жение, ко­торое дол­жен вы­раба­тывать ге­нера­тор: зи­мой — 14,3…15,2 В, ле­том — 13,2…14,1 В, что ре­ша­ет­ся с по­мощью ре­гуля­торов нап­ря­жения.

Су­щес­тву­ют три ти­па ре­гуля­торов нап­ря­жения: виб­ра­ци­он­ное ре­ле, кон­так­тно-тран­зистор­ный ре­гуля­тор и бес­контак­тное элек­трон­ное ин­тегральное ус­тройство.

В нас­то­ящее вре­мя ис­пользу­ют ин­тегральные ре­гуля­торы нап­ря­жения (ИРН). Они на­деж­ны, ком­пак­тны и не нуж­да­ют­ся в ре­гули­рова­нии (рис. 26.7). Прин­цип действия ИРН ос­но­ван на том, что при из­ме­нении си­лы то­ка в об­мотке воз­бужде­ния из­ме­ня­ет­ся вы­ход­ное нап­ря­жения ге­нера­тора. Эле­мен­ты схе­мы из­го­тов­ле­ны по тон­копле­ноч­ной тех­но­логии и за­литы гер­ме­тизи­ру­ющим сос­та­вом. ИРН име­ет вы­воды, пос­редс­твом ко­торых ре­гуля­тор под­клю­ча­ет­ся к ге­нера­тор­ной ус­та­нов­ке. У раз­ных ИРН обоз­на­чения вы­водов и их чис­ло раз­ли­ча­ют­ся.

Рис. 26.7.Интегральный регулятор напряжения:
а — схема включения в состав генераторной установки; б — общий вид; 1 — генератор; 2 — переключатель сезонного регулирования напряжения; 3 — регулятор напряжения; 4 — обмотка возбуждения; 5 — контакты замка зажигания; 6 — резистор; 7 — обмотка статора «звезда»; 8 — выпрямитель; 9 — конденсатор; 10 — аккумулятор; В — к замку зажигания и выпрямителю; Д — к обмотке возбуждения; Р — к переключателю сезонного регулирования; Ш — шунтирование тока от регулятора к обмотке возбуждения