Система зарядки аккумуляторной батареи тепловоза ТЭ10М

ГОУ ВПО

 

Дальневосточный государственный  университет путей сообщения

 

 

 

 

 

 

Кафедра: «Тепловозы и тепловые двигатели»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётно-графическая работа

 

По дисциплине: «Основы теории автоматического регулирования»

 

на тему: «Система зарядки аккумуляторной батареи тепловоза ТЭ10М»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Нестеренко Г.В.

студент 142 группы

 

Проверил: Новачук Я.А.

 

 

 

Хабаровск

2012

 

Содержание

 

1 Назначение аккумуляторной батареи в тепловозе………………….....4

2 Общие сведения о щелочном аккумуляторе  …….……………………..5

3 Устройство щелочной аккумуляторной батареи тепловоза ТЭ10М….6

4 Система зарядки аккумуляторной  батареи……………………………....7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Назначение  аккумуляторной батареи в тепловозе

 

Электрическим аккумулятором называют устройство, преобразующее электрическую энергию  в химическую которая в случае надобности, может быть вновь преобразована в электрическую энергию. Процесс превращения в аккумуляторе электрической энергии в химическую называется зарядом аккумулятора. Обратный процесс превращения химической энергии  в  электрическую  называется разрядом аккумуляторов. При заряде электрическая энергия подводится к аккумулятору от постороннего источника постоянного тока; при разряде запасенная химическая энергия аккумулятора преобразуется в электрическую, и во внешней цепи, подключенной к аккумулятору, появляется ток. Поэтому аккумуляторы относятся к химическим источникам электрического тока

Аккумуляторная батарея является вторым после дизеля источником энергии на тепловозе. В период пуска дизеля тяговый генератор или стартер работает в режиме двигателя, получая электрическую энергию от установленной на тепловозе аккумуляторной батареи. Кроме того, аккумуляторная батарея служит для питания током цепей управления, электрических ламп, вспомогательных электродвигателей, когда не работает дизель тепловоза, а значит, не работает и вспомогательный генератор. При стоянках тепловоза дизель может не работать с целью экономии топлива и снижения износа деталей.

Аккумулятор как источник электрической  энергии характеризуют следующие основные показатели: э. д. с, емкость, максимальный ток и внутреннее сопротивление. Электродвижущая сила аккумулятора зависит от его типа, степени заряженности, плотности электролита, тока разряда (нагрузки) и для широко распространенных типов аккумуляторов находится в пределах 1,4 — 2,2 В. Емкостью аккумулятора называют количество электричества, выраженное в ампер-часах (А-ч), которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде до минимально допустимого напряжения на его выводах. Емкость определяется как произведение тока в амперах на время разряда в часах этим током. Например, если аккумулятор при токе разряда 10 А может работать 10 ч, то его емкость равна 10 А х 10 ч = 100 А-ч. Емкость аккумулятора зависит от размеров пластин, длительности времени разряда, величины разрядного тока, температуры и других факторов.

На тепловозах применяются два  типа электрических аккумуляторов — кислотные и  щелочные. В данной работе нас интересует щелочной аккумулятор, который устанавливается на тепловозе ТЭ10М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Общие сведения о щелочном аккумуляторе

 

Щелочной аккумулятор состоит  из стального никелированного сосуда, блоков положительных и отрицательных  пластин (рис. 2.1) и электролита. В качестве электролита для  этих аккумуляторов применяется раствор щелочи — едкого калия КОН в дистиллированной воде.

Рис. 2.1 Пластины щелочного аккумулятора

Пластины аккумулятора изготовлены  в виде пакетов из тонкой никелированной стали и заполнены активной массой. Стенки пакетов имеют большое  количество отверстий (перфорированные) для лучшего соприкосновения  активной массы с электролитом. Как  и в кислотных аккумуляторах, отрицательные пластины вставлены  между положительными и отделены одна от другой сепараторами. В зависимости  от состава активной массы отрицательных  пластин щелочные аккумуляторы разделяют  на два типа: железоникелевые и  кадмиево-никелевые. В незаряженном состоянии активная масса положительных пластин состоит из гидрата закиси никеля Ni(OH)2 с примесью мелкого графита, а активная масса отрицательных пластин—из гидрата закиси железа Fe(OH)2 в железоникелевом аккумуляторе или гидрата закиси    кадмия Cd(OH)2 с примесью гидрата закиси железа в кадмиевоникелевом аккумуляторе. В процессе заряда аккумулятора происходит окисление активной массы положительных пластин, гидрат закиси никеля переходит в гидрат окиси никеля Ni(OH)3. Активная масса отрицательных пластин восстанавливается в виде порошкового (губчатого) железа Fe или смеси кадмия Cd и железа в губчатом состоянии.

При разряде аккумулятора происходит переход к первоначальному  составу пластин: активная масса  положительных   пластин     превращается в гидрат закиси никеля NI(ОН)2, а активная масса отрицательных пластин окисляется соответственно в гидрат закиси железа Fe(OH)2 или гидраты закиси кадмия Cd(OH)2 и железа Fe(OH)2. 
Для полного использования отрицательных пластин положительные пластины щелочного аккумулятора должны содержать в два раза больше активной массы. Поэтому пакеты с активной массой положительных пластин делаются толще, чем отрицательных, и положительных пластин в аккумуляторе устанавливают на одну больше. 
При заряде напряжение аккумулятора вначале быстро возрастает до 1,6 В, а затем увеличивается до 1,8— 1,85 В в конце заряда. Полностью заряженный аккумулятор после отключения от источника тока имеет э. д. с, равную примерно 1,45 В, т. е. значительно ниже, чем у кислотного аккумулятора. Вследствие более высокого внутреннего сопротивления щелочного аккумулятора его напряжение при разряде составляет 1,3—1,1 В. При напряжении аккумулятора  1 —1,1 В разряд следует прекратить. 

Щелочные аккумуляторы имеют  ряд преимуществ перед кислотными: большая механическая прочность, меньшая  чувствительность к значительным разрядным  токам, длительный срок службы и более  простое обслуживание. Недостатками щелочных аккумуляторов являются низкие коэффициенты отдачи по емкости (70 — 71%) и по энергии (55—60%), малое напряжение элемента  (в среднем 1,2 В вместо 2 В у кислотного   аккумулятора)   и повышенные габаритные размеры и масса.  Кроме того, при низких наружных температурах, если не утеплить щелочные аккумуляторы, то их емкость резко снижается. 
Электродвижущая сила одного кислотного или щелочного аккумулятора и, следовательно, отдаваемая им мощность весьма малы. Поэтому на тепловозах устанавливаются аккумуляторные батареи, состоящие из многих аккумуляторов, соединенных по определенной схеме.

3 Устройство  щелочной аккумуляторной батареи  тепловоза ТЭ10М

 

Первые опытные щелочные батареи для эксплуатационной проверки начали устанавливать на тепловозы  еще в 1951 — 1954 гг. В результате этих работ были созданы щелочные аккумуляторные батареи типа 46ТПЖН-550 для тепловозов ТЭ10. Аккумуляторные батареи имеют емкость 550 А-ч. В связи с более низкой электродвижущей силой щелочных аккумуляторов их число в батарее увеличено до 46 по сравнению с 32 в кислотных батареях для этих же тепловозов. Устройство железоникелевого тепловозного аккумулятора показано на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Тепловозный железоникелевый аккумулятор

 

В каждом аккумуляторе имеется 36 положительных пластин и 34 отрицательных  пластины. Положительные пластины представляют собой плоские коробки из стальной перфорированной, покрытой никелем  ленты, заполненные гидроокисью  никеля с добавкой измельченного  графита для увеличения электропроводности. Аналогичные стальные коробки отрицательных  пластин заполнены губчатым (порошковым) железом. 
Отрицательные пластины вставлены между положительными и предохраняются от соприкосновения полихлорвиниловыми перфорированными сепараторами, имеющими гофрированную форму. Пластины объединены в два блока с помощью приваренных к ним контактных планок и стяжных шпилек с гайками. Каждый блок имеет по два вывода, называемых борнами. Собранные блоки пластин устанавливаются в стальной сосуд (бак) на ребра в днище. Сверху сосуд закрыт стальной крышкой, приваренной к его стенкам. Борны выведены наружу через отверстия в крышке и изолируются от нее винипластовыми и резиновыми кольцами, предупреждающими вытекание электролита. Сверху борны имеют резьбу и гайки для соединения перемычками с соседними аккумуляторами. Крышка снабжена заливочной горловиной, закрываемой пластмассовой пробкой с внутренними каналами для вентиляции. Электролитом служит водяной раствор едкого кали с добавкой моногидрата лития, повышающего срок службы аккумуляторов. Плотность электролита составляет 1,19—1,21 г/см3 и не изменяется в процессе заряда или разряда аккумуляторной батареи. На каждый аккумулятор надевается резиновый изоляционный чехол. Аккумуляторная батарея монтируется в четырех ящиках из листовой стали и дополнительно изолируется от них деревянными брусками.  На тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ10М аккумуляторные ящики устанавливаются в средней части кузова с обеих сторон от дизеля под полом.

Все аккумуляторы тепловозной  аккумуляторной батареи соединены  последовательно с помощью перемычек, благодаря чему их напряжение суммируется.(см. рис.3.2)

 

Рис. 3.2. Секция аккумуляторной батареи

 

Аккумуляторная батарея 46ТПЖН-550 имеет номинальное напряжение 57,5 В, допускает разрядный ток (прерывистый) до 2700 А. 
Применение железоникелевых аккумуляторных батарей упростило эксплуатацию тепловозов, так как эти батареи имеют большой срок службы, высокую механическую прочность, способны выдерживать большие разрядные токи. В них отсутствуют химические процессы, выводящие из работы активную массу пластин. Однако масса железоникелевых аккумуляторных батарей приблизительно в 1,5 раза больше, чем свинцовых тепловозных аккумуляторных батарей. Свинцовые батареи имеют и меньшие габаритные размеры. 
На тепловозах после пуска дизеля заряд аккумуляторных батарей осуществляется током от вспомогательных генераторов. Величина тока заряда контролируется по амперметру.

4 Система  зарядки аккумуляторной батареи

 

Аккумуляторная батарея  и вспомогательный генератор тепловоза соединены параллельно. При неработающем дизеле все цепи управления и освещения питаются от аккумуляторной батареи. После того как начнет работать дизель-генераторная установка и напряжение вспомогательного генератора превысит напряжение батареи, вспомогательный генератор будет заряжать батарею и питать цепи управления, освещения и пр.

В цепи заряда батареи применяется кремниевый диод  ДЗБ (рис. 4.1).

 

 

Рис. 4.1. Принципиальная схема цепи заряда аккумуляторной батареи с использованием диода

Когда напряжение вспомогательного генератора превысит напряжение аккумуляторной батареи, через диод будет проходить  ток, заряжающий батарею и питающий цепи управления, освещения и пр. При снижении напряжения вспомогательного генератора ниже напряжения батареи диод не допустит ее разряда на вспомогательный генератор. Диод марки В2-200, смонтированный на панели ПВК-6011, рассчитан на длительный ток 200 А при температуре 40 °С и скорости охлаждающего воздуха 12 м/с. Панель размещается в воздухопроводе вентилятора охлаждения тягового генератора. От перегрузки диод защищается плавкими предохранителями в цепи вспомогательного генератора или аккумуляторной батареи.

Для того чтобы в период пуска дизеля вспомогательный генератор (уже работающей секции тепловоза) не перегружался, будучи подключенным к пусковой обмотке тягового генератора, предусмотрено выключение его возбуждения. Для этого в цепь обмотки возбуждения ВГ включены размыкающие вспомогательные контакты контакторов Д1 и ДЗ. Резистор СЗБ в цепи заряда батареи служит для автоматического поддержания зарядного тока. При отключенном освещении тепловоза установившийся ток заряда как для зимнего, так и для летнего режима работы должен быть равен 20—25 А. Регулируют этот ток изменением сопротивления резистора СЗБ.