Принцип действия свинцового аккумулятора

Свинцовые пластины, погруженные в раствор серной кислоты, вступают с ней в реакцию и покрываются слоем сернокислого свин­ца, т.е. РЬ + H₂SO₄ = PbSO₄ + Н₂

Химическая реакция продолжается до тех пор, пока вся поверх­ность пластин не покроется сернокислым свинцом.

Стр.119 Зарядка

Если к этим пластинам приложить напряжение от другого ис­точника тока, то под действием эл. поля молекулы серной кислоты распадаются на положительные ионы водорода Н₂ и отрицательные ионы кислотного остатка SO₄, при этом ионы водорода переместятся к отрицательной пластине, поглотят некоторый отрицательный заряд и соединятся с кислотным остатком, образуя молекулу серной кисло­ты, а катод покроется чистым свинцом РЬ, т.е.

PbSO₄ + Н₂ = РЬ + H₂SO₄.

Другая часть молекулы кислоты (кислотный остаток) SO₄ дви­жется к положительной пластине, отдает ей отрицательный заряд и вступает в реакцию с водой электролита, отнимая у молекулы воды ее водородную часть, образуя молекулу кислоты, а освободившейся кислород окисляет поверхность положительной пластины, превращая ее в перекись свинца

PbSO₄ + SO₄ + 2Н₂О = РЬО₂ + 2H₂SO₄.

Постепенно анод покрывается перекисью свинца РВС>2 темно-
коричневого цвета, а катод - чистым свинцом РЬ губчатого строения
серого цвета, между электродами создается разность потенциалов.
Т.к. возле обоих электродов образуются молекулы кислоты, плот-­
ность электролита повышается. _t

Зарядка кончается, когда на электродах не остается сернокисло­го свинца. Если продолжать прикладывать напряжение, то начнется разложение молекулы воды, кислород О начнет выделяться на аноде, а водород hi - на катоде в виде пузырьков - начинается «кипение», причем образовавшаяся газовая смесь является взрывоопасной.

Следовательно, в процессе зарядки эл. энергия превращается в химическую, напряжение элемента быстро повышается до 2,2 В, за-

Стр.120 тем медленно до 2,3 В, «кипение» начинается при 2,4 В и сильно «кипит» при 2,6-2,7 В.

Разрядка

При замыкании заряженного аккумулятора на внешнюю цепь, вследствие разности потенциалов, будет иметь место разрядный ток во внешней и внутренней цепях, имеющий обратное направление.

В этом случае водород вступает в реакцию с перекисью свинца, отнимает у нее часть кислорода, образуя молекулы воды, а пластина покрывается слоем окиси свинца РЬО, которая вступает в реакцию с серной кислотой, образуя еще одну молекулу воды, а пластина по­крывается сернокислым свинцом, т.е.

РЬО₂ + Н₂ = РЬО + Н₂О; РЬО + H₂SO₄ = PbSO₄ + Н₂О.
Кислотный остаток движется к другому электроду, вступает в
реакцию с чистым свинцом, превращая его в сернокислый свинец,
т.е. Pb + SO₄ = PbSO₄.

Так как в раствор выделяется две молекулы воды, плотность электролита уменьшается, уменьшается ЭДС элемента.

Разрядка продолжается, пока вся активная масса пластины не превратится в сернокислый свинец. В практике разряд ведут не до конца, а до тех пор, пока в сернокислый свинец не превратится около 35% активной массы пластин, т.е. до 1,8 В напряжения на элемент.

Емкостью аккумулятора называется количество электричества в ампер-часах, которое может отдать полностью заряженный аккуму­лятор, при разрядке до напряжения 1,8 В.

Например: элемент аккумулятора ЭП-80 током 16 А разряжается 5 часов до 1,8В, следовательно, его емкость будет: 16 А х 5 час. =80 ампер.часов. Емкость зависит от площади пластин аккумулятора.

Стр.121 При понижении температуры активность электролита уменьша­ется, понижается и емкость аккумулятора, при t° = -40 - -45° С ем­кость падает до 0. КПД кислотного аккумулятора 65-70%.

Устройство

Корпус 1 кислотного аккумулятора (см, рис. 516) представляет собой банку, выполненную из эбонита, термопласта или пластмассы асфальтопековой.

На дне банки имеются ребра 2 - призмы, а сверху она закрыта крышкой 3.

*

В крышке, для заливки электролита и проверки его уровня име­ется центральное отверстие с пробкой 5, имеющей отверстие для вы­хода газов.

В корпусе размещаются блоки отрицательных и положительных пластин, причем отрицательных пластин на одну больше, чем поло­жительных.

Пластины 6 представляют собой решетку из сурьмистого свинца (сурьма для прочности) ячейки которой заполняются активной мас­сой 7. У отрицательных пластин это губчатый свинец РЬ серого цве­та, а у положительных - перекись свинца РЬС>2 коричневого цвета. Все отрицательные и все положительные пластины соединены по­люсными мостиками 8, на которых укреплены (впаяны) зажимы 9. Для изоляции друг от друга между пластинами устанавливаются се­параторы 12 из перфорированного мипора (Р), мипласта (М) или стекловолокна (С) толщиной 0,45 мм, а в качестве деполяризатора 13, предохраняющего пластины от покрытия пузырьками водорода, при­меняется шпон из ольхи или кедра толщиной 1мм.

При помощи эбонитовых гаек 10, с резиновыми шайбами, блоки укрепляются в крышке 3 и вместе с ней опускаются в банку до упора на призмы 2, причем отрицательные пластины своими выступами 11

Стр.122 опираются на одни призмы, а положительные - на две другие. На пластины укладывается перфорированная решетка 16.

Зазор между корпусом и крышкой- уплотняется асбестовым шнуром и заливается кислотоупорной мастикой 4.

В таком состоянии аккумулятор является сухозаряженным, по­сле заливки электролита и отстоя втечение трех часов он будет готов к работе. В качестве электролита применяется водный раствор сер­ной кислоты H2SO4 плотностью 1,24-1,25 г/см³ летом и 1,27-1,28 г/см³ зимой.

24банки устанавливаются в железный ящик, обитый изнутри де­ревом покрытым кислотоупорным лаком и имеющий поддон из рези­ны или свинца для сбора вытекшего электролита. Банки расклинива­ются резиной и соединяются последовательно при помощи перемы­чек 14 и колпачковых гаек 15.

Перемычки выполняются из меди, покрытой свинцом или свин­цовыми с наконечниками для посадки на конусную поверхность за­жимов 10.

На электровозах IV-КП-! и ЕЛ2 применяются кислотные акку­муляторные батареи типа 6СТ-190 или 6СТ-132.

В процессе эксплуатации из-за понижения уровня электролита поверхность пластин, соприкасаясь с кислородом, сильно окисляется, а после доливки электролита и зарядки эта окись выпадает в осадок в виде шлама, т.е. активная масса выкрашивается, площадь пластин, а значит и емкость аккумулятора уменьшаются.

Выкрашивание также происходит из-за тряски и коробления пластин при коротких замыканиях во внешней цепи. Шлак, осажда­ясь на дне банки, может привести к короткому замыканию между пластинами, т.е. к выходу из строя аккумулятора.

Стр.123 Кроме того, эбонитовые банки «боятся» механических повреж­дений, особенно ударов.

Перечисленные недостатки и большой вес привели к тому, что на электровозах все чаще стали, применятся щелочные аккумулято­ры.

t

На электровозах ЕЛ21 и ЕЛ2 с дизель-генераторной установкой применяются щелочные аккумуляторы ЮНК-275 (никель-кадмиевые) и ТНЖ-250 (железо-никеливые).

Устройство таких аккумуляторов показано на рис. 51 а.

Корпус - банка 1 и крышка 3 выполнены из никелированного железа.

К крышке при помощи зажимов крепятся блоки пластин, затем все это опускается в корпус и края банки завальцовываются, следова­тельно, аккумулятор неразборный.

*

На крышке имеется пробка 5 с крышкой и шариковым клапаном для выпуска газов.

Активная масса 18 помещается в пакеты 17 из никелированного железа с большим числом малых отверстий 19, для доступа к ней электролита. Отверстия настолько малы, что активная масса не вы­сыпается при любых условиях.

Для улучшения контакта между активной массой и пакетом в нее добавляется чешуйчатый графит.

Для изоляции между пластинами устанавливаются эбонитовые

*

палочки 20. Количество положительных пластин у никель-кадмиевого аккумулятора на одну больше, чем отрицательных, а у железоникелевого - наоборот. Корпус никель-кадмиевого аккумуля­тора соединен электрически с блоком положительных пластин, а корпус железоникелевого аккумулятора- с блоком отрицательных пластин.

Стр.124 Активная масса положительных пластин после зарядки у обоих видов аккумуляторов - это гидрат окиси никеля Ni(OH)₃, а отрица­тельных пластин, для железоникелевого аккумулятора губчатое же­лезо Fe, для никель-кадмиевого аккумулятора - смесь губчатого кад­мия Cd и губчатого железа Fe.

При разряде активная масса положительных пластин превраща­ется в гидрат закиси никеля Ni(OH)2, а отрицательных пластин - в гидрат закиси железа Fe(OH)2 или в гидрат закиси кадмия Cd(OH)₂ и железа Fe(OH)₂.

При этом в раствор не выделяются молекулы воды, и плотность электролита не изменяется.

После зарядки химический состав активной массы восстанавли­вается.

Электролитом является щелочь водный раствор едкого калия КОН плотностью 1,19-1,21 г/смз с добавлением моногидрата лития 20 г/л. При низких температурах до -20° С, плотность электролита надо повысить до 1,21-1,23 г/смЗ. При более низких температурах необходимо позаботиться об обогреве или теплоизоляции батареи.

ЭДС щелочного аккумулятора в конце зарядки поднимается до 1,7-1,8 В, после окончания заряда падает до 1,35-1,4 В, при разряде понижается до 1,5-1 В, разряжать аккумулятор ниже 1 В не рекомен­дуется.

Щелочные аккумуляторы имеют большую механическую проч­ность, не боятся тряски, ударов и коротких замыканий, имеют мень­ший вес и требуют меньшего ухода, но у них почти в два раза ниже ЭДС, поэтому для обеспечения напряжения батареи 48-50 В количе­ство соединенных банок увеличивается вдвое, т.е. до 40 шт. (из рас­чета 1,2 В на элемент).

Стр.125 На электровозах ЕЛ21 батарея состоит из 8 деревянных ящиков,

•

в каждом по 5 банок, соединенных последовательно перемычками 14. Цапфы 23 обеспечивают зазор между банкой и стенкой ящика.

Для обеспечения продолжительного срока службы аккумулятор­ной батареи локомотивная бригада в процессе эксплуатации не должна допускать глубоких разрядов батареи, вовремя ее подзаря­жать, следить за чистотой банок, уровнем и плотностью электролита, надежностью крепления перемычек и клемм. Уровень электролита над поверхностью пластин должен быть в пределах 10-15 мм, восста­навливается доливкой дистилированной воды, а для щелочных акку-

«

муляторов подщелоченной воды. Срок службы щелочных аккумуля­торов намного больше кислотных.

Приступая к осмотру аккумуляторной батареи необходимо на­деть резиновые перчатки и защитные очки, отключить батарею и проветрить ее помещение. Если необходимо выдвигать ящики, надо снять перемычки между ними и отсоединить выводные концы, во из­бежании коротких замыканий. Для обдувки применять воздух с не­большим давлением.

Запрещается при осмотре:

•

• применять открытый огонь;

• пользоваться металлическими предметами при зачистке ба­
нок;

• пользоваться рожковыми ключами для подтяжки перемычек
между банками и зажимов;

• складировать на батареях посторонние предметы.

При приготовлении кислотного электролита кислоту малыми порциями лить в воду, а не наоборот.

Литература

1. В. И. Стасюк и др. Электрический подвижный состав про­-
мышленного транспорта. М: Транспорт, 1970.

2. В. И. Сорокин. Промышленные электровозы. М.: Государст-­
венное научно-техническое издательство литературы по гор-­
ному делу, 1960.

3. Описание и инструкция по технической эксплуатации про­-
мышленного электровоза постоянного тока ЕЛ21. Комбинат
локомотивно-строительных и электротехнических заводов
им. Ганца Баймлера, ГДР, г. Хеннигсдорф, 1981.

4. Описание 100 тонного промышленного электровоза В₀,

В₀ с управлением по системе многих единиц, изготовленного для СССР, г. Хеннигсдорф, 1960.

5. Техническая документация и чертежи электроаппаратов элек­-
тровозов ЕЛ2 и ЕЛ21 (тех. Отдел локомотивного цеха ЖДТ
ОАО «ММК»).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: