КОМПЛЕКСНА  КОНТРОЛЬНО-ЕКЗАМЕНАЦІЙНА  РОБОТА

Розрахунково-пояснювальна записка 

На  тему: “Акумуляторна  батарея і генератор” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

АКУМУЛЯТОРНА  БАТАРЕЯ 

     Акумулятором  називається – вторинне хімічне  джерело, яке здатне на накопичувати (акумулювати) електричну енергію і в міру потреби віддавати її споживачам. Накопичування електричної енергії в акумуляторі відбувається при пропусканні через нього електричного струму від стороннього джерела. Цей процес називають зарядкою акумулятора, при якій відбувається перетворення електричної енергії в хімічну, внаслідок чого акумулятор стає джерелом електричної енергії. При розрядці на будь-який споживач електричної енергії відбувається зворотне перетворення хімічної енергії в електричну.

В залежності від роду електроліту акумулятори поділяються на лужні і кислотні.

Лужні акумулятори бувають залізо-нікельовані, кадмий-нікельовані. Нікель-цинкові, срібно-цинкові  і срібно-кадмові. За конструктивним параметрами залізо-нікельовані  і кадмий-нікельовані акумулятори  дуже схожі. Акумуляторна батарея служить для живлення електричним струмом стартера під час пуску двигуна, а також усіх інших приладів електрообладнання, коли генератор не працює або не можу ще віддавати енергію в коло (наприклад під час робот двигуна в режимі холодного ходу), Вони складаються з стальної нікельованої посудини, в яку вмонтовано блоки позитивних і негативних пластин. Кожна негативна пластина знаходиться між двома позитивними пластинами. Між пластинами (для ізоляції) закладені ебонітові стержні, так звані сепаратори. До посудини зверху приварюють кришку, зовні  якої виводять струмовідвідні клеми. Через пробку заливають електроліт – 20 процентний розчин гідроксид калію (їдке калі) КОН. Позитивні і негативні пластини виготовлені з нікельованої решітки. В комірки решіток запресовано плоскі коробочки (панелі), виготовлені з нікельованої жесті, з великою кількістю дрібних отворів для проходу електроліту до активної маси.

     Активна маса, позитивних пластин складається  з гідроксиду нікелю Ni(ОН)₃ з домішкою певної кількості графіку для збільшення електропровідності. Активна маса негативних пластин у залізо-нікелевих акумуляторів складається з губчастого заліза FG (порошок відновленого заліза), а у кадмій – нікелевих – з суміші губчастого кадмію Сd з порошком відновленого заліза Кс. Робота обох типів акумуляторів заснована на окислювальних реакціях при розряді і заряді.

     Розглянемо  електрохімічні процеси, що відбуваються на електродах кадмій-нікелевого акумулятора. При розрядці на позитивному спектрові  гідроксид нікелю Ni(ОН)₃ переходять в гідроксид нікелю Ni(ОН)₂, а на негативному електроді кадмій переходимо в гідроксид кадмію Сd(OH)₂ отже на позитивному електроді 2Ni(ОН)₃ + 2 = 2Ni(ОН)₂ + “ОН^-;

     На  негативному Сd - 2 + 2ОН^- = Сd (ОН)₂

     Загальне  рівняння розряду одержується сумуванням двох попередніх 2Ni(ОН)₃  + Сd + 2Ni(ОН)₂ + Сd(ОН)₂

     Електрони, що утворюються в процесі реакцій, переходять по зовнішньому колу через  споживачі електричної енергії, виконуючи певну роботу. При зарядці акумулятора під дією електричної енергії, що надходить від зовнішнього джерела струму, відбувається окислення активної маси позитивних пластин, що супроводжується переходом гідроксиди нікелю 2Ni(ОН)₂  в гідроксид нікелю 2Ni(ОН)₃ .

     В цей час активна маса негативних пластин відновляється з утворенням губчастого кармін Сd.

     Отже  на позитивному електроді рівняння заряду буде 2Ni(ОН)₂ - 2 + 2ОН^- = 2Ni(ОН)₃ , а на негативному – Сd (ОН)₂ + 2 + Сd + 2ОН^-, сумарне рівняння заряду 2Ni(ОН)₂ +Сd(ОН)₂  = 2Ni(ОН)₃ +Сd. Резупотуюче хімічне рівняння розряд – заряд кадмій – нікелевого акумулятора 2Ni(ОН)₃  = Сd заряди 2Ni(ОН)₂ + Сd (ОН)₂. Електроліт в процесі хімічних реакцій не витрачається. Тому його густина не змінюється. Він забезпечує рух іонів. Всі хімічні процеси, що виникають у залізо нікелевому акумуляторі, аналогічні, лише замість кадмію Сd в рівняння входить залізо Fe.

     Повністю  заряджений акумулятор має ЕРС біля 1,5В. Напруга акумулятора значно нижча ніж ЕРС, внаслодік великого внутрішнього опору. V=Е-Іr, де r – внутрішній опір акумулятора, І – струм навантаження..

     В процесі зарядки і розрядки акумулятора  його напруга змінюється. При розрядці напруга спочатку швидко спадає до 1,3В, а потім повільно 1 В, в цей момент розрядку слід припинити. При зарядці на-оборот напруга спочатку швидко спадає до 1,7В, а потім раліноповільно піднімається до 1,8 В. На основних правилах зарядки акумуляторів ми зупинимось нижче. Ємність дужних акумуляторів залежить від кількості активної маси, отже від кількості пластин. Для одержання більшої ємності і напруги однотипні акумулятори з'єднують відповідно паралельно, або послідовно. Економічність роботи акумулятора характеризується його коефіцієнтом корисної дії і віддачі. Коефіцієнтом корисної дії ККД акумулятора називається відношення кількості енергії в кіловат/годинах, яку одержано від нього під час розрядки Wp, до кількості енергії, витраченої при задярці W₃, nW= Wp/W₃ 100%.

     Для сучасних кадмій – нікелевих (КН.) і залізо-нікелевих (ЗН) акумуляторів К, К. Д дорівнює 55-65% Коефіцієнтом віддачі акумулятора по ємності nа називається відношення кількості електрики, одержаної при розрядці акумулятора Qp, до кількості електрики, відданої йому при зарядці Q₃ і становить 75-80%: na = Qp₃ 100%. Зараз знайшли широке застосування кадмій-нікелеві безпамельні і герметичні лужні і кислотні свинцеві акумулятори.

     Кислотні (свинцеві) акумулятори бувають стаціонарні (С) – для тривалих режимів розряджання, стартерні (Ст.) – для літаків, радіоанодні (РА) – для живлення анодних кіл радіоприймачів і ін. Відрізняються вони габаритами, зовнішнім виглядом, та у всіх в основу роботи покладена одна і та сама електрохімічна система: +РbО₂/Н₂SO₄/ Pb-, де РbО₂ – діоксид свинцю, позитивний електрод: Н₂SO₄ – електроліт – 30-35%-ний розчин сірчаної кислоти (при такій концентрації питома електропровідність розчину максимальна), Pb – чистий (губчастий) свинець є негативним електродом свинцевий акумулятор складається з пів блоків позитивних і негативних пластин, ізольованих одна від одної сепараторами, які виготовлено з простих пластин пластмас (міпори або міпласта). Пластини відливають у вигляді решіток із свинцю з додаванням 7-8% стихію сурми для механічної міцності. В решітку пластин упресовують активну масу, приготовлені на водяному розчині сірчаної кислоти з оксидів свинцю – свинцевого сурику (Рb₃ О₄) та свинцевого плату (РbО) – для позитивних пластин і свинцевого порошку – для негативних. Аби збільшити ємність акумулятора й зменшити його внутрішній акумулятор й зменшити його внутрішній опір, однойменні пластини з'єднуються упівблоки що закінчуються вивідними полюсними штирями. Пів блоки з позитивними й негативними пластинами складають у блок так, що позитивні пластини розташовуються між негативними; тому останніх завжди на одну більше. Це дає змогу краще використати активну масу позитивних пластин і захищає країні з них від короблення і руйнування.

     Сепаратори  встановлюють між пластинами так, щоб  їхній ребристий бік повернутий до поверхні позитивних пластин, забезпечуючи тим самим краще надходження до них електроліту. Зверху пластини покривають перфорованим пластмасовим запобіжним щитком. Складений акумулятор поміщають у відділення бака й закривають кришкою, що має два отвори для виходу полюсних штирів, а також отворів, для зливання електроліту, який закривається різьбовою пробкою. У пробці є вентиляційний отвір, що сполучає внутрішню порожнину акумулятора з атмосферою.

     Зазори  між кришкою та стінками бака заповнюють бітумною мастикою. Акумулятори з'єднують між собою свинцевими перемичками. Полюсні нетирі крайніх акумуляторів (плосковий та мінусовий) призначаються для вмикання батареї в коло електрообладнання автомобіля. В акумулятори заливають електроліт, що складається з хімічно чистої сірчаної кислоти (Н₂SO₄) і дистильованої води.

     Оскільки  густина електроліту визначає електрорушійну силу ЕРС, яку розвиває акумулятор, за її значенням можна судити про  ступінь зарядженості батареї. Густина  електроліту залежить від його температури, зменшуючись приблизно на 0,1 г/см³ при підвищеній температурі на еs: У рахунках густину електроліту, як правило зводять до температури 15^оС. Для запобігання замерзанню електроліту під час експлуатації акумуляторів узимку його густину регламентують залежно від кліматичних умов. Номінальною ємністю акумулятора називають кількість електрики, яку можна віддати повністю заряджений акумулятор у разі розрядження струмом 20 0 годинного режиму за температури електроліту 30^оС та початкової його густини 1,285 г/см² до напруги 1,7В. Ємність виражається в ампер-годинах (А.год.) і залежить від кількості й розміру паралельно з'єднаних пластин, сили розрядного струму, а також температури електроліту. Чим більше пластин і чим більший їхній розмір, менше сила розрядного струму й вища температура, тим більшу ємність може віддати акумулятор під час розрядження. В разі зниження температури електроліту ємність зменшується приблизно на 1% на кожний градус. Наприклад, якщо номінальна ємність батареї (за температури електроліту 30^оС дорівнюює 55А. год., то за температури електроліту 0⁰С вона зменшиться на 30% і становитиме 38 А.год., а за температури 20^оС і дорівнюватиме 27А.год. Ємність одного акумулятора й батареї, що складається з кількох акумуляторів. з'єднаних послідовно (послідовно з'єднують акумулятори, які мають однакову ємність). На перемичках акумуляторних батарей є позначення, що визначають їхню характеристику. На автомобілях “Москвич” і ЗАЗ установлюється акумуляторна батарея 6СТ-55 ЭP, на ВАЗ-2105 – 6СТ – 55 П, а на ГАЗ-24-6СТ – 60 ЭМ. У маркуванні: перша цифра позначає кількість акумуляторів у батареї, літери СТ свідчать у батареї, літери СТ. свідчать про те, що батарея стандартного типу; число після літер показує номінальну ємність батареї в ампер-годинах: останні літери позначають  матеріал сепараторів (Р-міпора, М-міпласт. Електроліт готують у кислототривкій посудинці (свинцевій, керамічній, пластмасовій), вливаючи воду в кислоту не можна, оскільки процес сполучення в цьому році відбуватиметься на поверхні, спричиняючи розбризкування кислоти, що може призвести до опіків тіла та зіпсувати одяг. Під час приготування електроліту необхідно надівати захисні окуляри, гумові рукавиці та фартух. У разі потрапляння сірчаної кислоти на шкіру потрібно до надання кваліфікованої медичної допомоги обережно ватою зняти кислоту й промити вражене місце струмом води, а потім – 10% - ним розчином соди або нашатирного спирту.

     ГЕНЕРАТОР

     Генератор – основне джерело електричної  енергії в автомобілі служить  для живлення всіх споживачів і зарядження акумуляторної батареї при середній та великій частоті обертання колінчатого вала двигуна. Генератори постійного струму застосовують як збудники синхронних генераторів, у зоряних пристроях, на автомобілях. Основними частинами генератора є станина, осердя полюсів, обмотка полюсів, якір, осердя з обмоткою, колектор, підшипникові щити передній і задній траверса з щіткотримачами і щітками. На вагу якоря закріплено вентилятор.

     Станина це митний або зварений циліндр, виготовлений з чавуну або сталі з високою  магнітною провідністю. Вона є магніто проводом, а також з основою для кріплення головних і додаткових полюсів, підшипникових щитів, вивідних затискачів на клемному щитку. Підшипникові щити прикріплюють болтами до торців станини. На підшипниках, встановлених в отвори щитів обертається вал якоря. Якір складається з осердя. Обмотки і колектора. Осердя якоря – ротова це стальний циліндр, складений з окремих штампованих листів спектротехнічної сталі, узольованих одни від одного для зменшення верхових струмів. На поверхні осердя є пази, в які вкладають обмотку якоря.

     Колектор  складається з окремих пластин  клиновидної форми, виготовлених з  міді. Вони ізольовані одна від одної  етюдою. ДО кожної колекторної пластини прикріплюють відводи від обмотки  якоря. Осердя якоря з обмоткою і колектором закріплюють на валу ратора, ізолюючи їх від вала. Щітка – це ваугілляно-графітова, міднографічтова прямокутна призма. Кожна щітка має свої технічні характеристики: твердість, допустиму густину струму і т.д. Їх добирають виходячи з потужності генератора швидкості обертання якоря і  т.ін. Щітка притискається до колектора пружиною.

     Щіткотримач через хомуток з'єднується з  пальцем щіткової траверси., яка  кріпиться на одному з підшипникових  щитків. Щіткотримач зі щітками призначено для знімання  струму з колектора генератора і подавання його до споживача. Принцип дії генератора постійного струму ґрунтується на законах електромагнітної індукції та електромагнітних сил. І провіднику, що рухається в магнітному полі генератора, постійний струм виникати не може. Постійна Е.Р.С., що виникає в обмотці генератора змінного струму можуть створюватись тільки випрямленням змінної Е.Р.С. До пластин колектора приєднують кінці витка. Щітки на колекторі встановлені нерухомо так, щоб вони при обертанні витка з півкільцями переходили з одного півкільця на друге, коли індукована Е.Р.С. у витку дорівнює нулю. Як видно щітка завжди в контакті з півкільцем одна під північним полюсом, а друга під південним полюсом.