Источником постоянного тока является аккумулятор

Принципиально устройство аккумулятора больше чем за 150 лет с момента его изобретения не изменилось, хотя современность внесла серьёзные новшества в технологические процессы их изготовления и используемые материалы, из чего состоит аккумулятор.

Что такое аккумулятор

Аккумулятор – автономный источник электричества, который накапливает, сохраняет и отдает энергию. Аккумуляторная батарея – важный элемент электрооборудования транспортного средства. Назначение акб определяется в запуске двигателя и обеспечении подачи электричества в бортовую сеть. Все электроприборы, когда выключен мотор, и не работает генератор, работают от батареи. Накопитель помогает в пробке, когда энергии генератора не хватает.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Для того, чтобы разобраться, как работает аккумулятор, необходимо знать устройство акб, что внутри аккумулятора обеспечивает работу прибора. Основной принцип работы аккумулятора заключается в разности потенциалов при погружении двух пластин в электролит. В 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, каждый из которых вырабатывает 2 вольта. Все они объединены совместным корпусом, который образует единое целое конструкции.

При работе этой конструкции, пластинки из-за действия серной кислоты выделяют сульфат свинца, в результате чего образуется электрический ток. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным. Принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, который позволяет полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора зависит от качества используемых материалов, из чего состоит акб.

Схема строения

Виды аккумуляторов

Классификация акб по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Возникала необходимость по улучшению качества работы акб. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, потому что в них уже намного реже требовался долив воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт требовали постоянного долива, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов использовать герметичный, неразборной корпус.

Сурьмянистые батареи относятся к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
В малосурьмянистых акб материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая из пластин закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Такая технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.
В литиевых акб используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
Отличительной особенностью AGM является то, что в электролит с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными, щелочными. Щелочные растворы используются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости представляют собой сильные основания, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Такие составы можно приобрести в специализированных магазинах или же приготовить самостоятельно в домашних условиях. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке также возможно довольно точно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности смешать кислоту с дистиллированной водой.

Важно! вода при минусовых температурах превращается в лед. Всегда при морозе нужно применять меры, необходимые для предотвращения замерзания аккумулятора.

Основные технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Важно! Емкость не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке, ведь именно по этому критерию большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Величину, характеризующую параметр тока, протекающего в стартере автомобиля в момент пуска силового узла, принято считать пусковым током. Пусковой ток или стартерный возникает в момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Он же ток холодной прокрутки является показателем, как аккумулятор поведет себя в морозную погоду и сможет запустить двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Полюса всего два – положительный и отрицательный, вариантов расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Чтобы ее определить, нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что акб с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Исполнение корпуса

Корпус большинства аккумуляторов состоит из ударопрочного полипропилена, который характеризуется как материал легкий, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен довольно стоек к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Традиционно появились американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты. Например, у батарей емкостью 60 Ач общая высота от 17,5 до 19 сантиметров. У азиатских этот показатель немного выше, до 22 сантиметров за счет верхнего расположения электродов. Именно поэтому важно корректно анализировать возможности посадочного места под капотом, чтобы надежно закрепить АКБ прижимной планкой и избежать замыкания при случайном касании токоотводами металлических частей кузова.

У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы дополнительно защищены от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке, верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора. Какую клемму снимать с аккумулятора первой читайте здесь.

Важно! При приобретении акб нужно знать, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу. На азиатских корпусах могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Источник

Источники и сети постоянного оперативного тока

На подстанциях для питания оперативных цепей постоянного тока используются, как правило, кислотные аккумуляторные батареи (стационарные и переносные) и в отдельных случаях щелочные. Стационарные аккумуляторные батареи составляют из отдельных аккумуляторов, обычно соединенных последовательно.

Аккумулятором называют вторичный химический источник тока, работа которого заключается в накоплении электрической энергии (заряд) и отдаче этой энергии потребителю (разряд).

Основными частями кислотного аккумулятора (рис. 1) являются свинцовые положительные 2 и отрицательные 1 пластины, соединительные свинцовые полосы 5, электролит, сепараторы 3 и сосуд. В качестве положительных используются свинцовые пластины с большим числом ребер, что увеличивает рабочую поверхность пластин, в качестве отрицательных— пластины коробчатого типа. После формовки на положительных пластинах образуется двуокись свинца РbO2, а на отрицательных — губчатый свинец Рb.

Рис. 1. Аккумуляторы типа СК-24 в деревянном сосуде: 1 — отрицательная пластина, 2 — положительная пластина, 3 — сепаратор, 4 — подпорное стекло, 5 — соединительная полоса, 6 — наконечник для ответвления

Электролит состоит из серной кислоты повышенной чистоты и дистиллированной воды. Плотность электролита стационарного заряженного аккумулятора при 25 °С равна 1,21 г/см3.

Между положительными и отрицательными пластинами аккумулятора установлены изоляционные перегородки — сепараторы, препятствующие замыканию пластин при их возможном короблении и выпадению из них активной массы.

Аккумулятор характеризуется емкостью, ЭДС, зарядным и разрядным токами. Номинальной емкостью аккумулятора (в ампер-часах) является его емкость при 10-часовом разряде и нормальной температуре (25 °С) и плотности (1,21 г/см3) электролита.

На подстанциях преимущественно применяют аккумуляторные батареи напряжением 220 В, собранные из аккумуляторов С, СК, СН.

Аккумуляторы С (стационарные) предназначены для разрядов длительностью от 3 до 10 ч и более. Аккумуляторы СК (стационарные для кратковременных режимов разряда) допускают разряд в течение 1—2 ч. Поэтому в аккумуляторах СК применяют усиленные соединительные полосы между пластинами, рассчитанные на большой ток.

Сосуды аккумуляторов С и СК — открытые, для номеров С-16, СК-16 и меньше — стеклянные, а для больших номеров — деревянные, выложенные изнутри свинцом (или керамические). Аккумуляторы типа СН характерны тем, что они помещаются в герметичных закрытых сосудах. Эти аккумуляторы имеют сравнительно небольшую массу и габариты, их можно устанавливать в одном помещении с другим электрооборудованием.

Номер аккумулятора (после буквенного обозначения) характеризует его емкость. Емкость в ампер-часах равна номеру аккумулятора, умноженному на единичную емкость отдельного аккумулятора с типовым номером 1. Для аккумуляторов типов С-1 и СК-1 эта емкость равна 36 А-ч, а для типов С-10 и СК-10 — 360 А-ч.

На небольших подстанциях при отсутствии значительных толчковых нагрузок и резких колебаний в сети оперативного тока (при включении выключателей и т. д.) применяют переносные стартерные аккумуляторные батареи небольшой емкости напряжением 24 и 48 В. На таких подстанциях батарея обычно длительно работает в нормальном режиме разряда и через определенное время — после потери ею своей номинальной емкости (что определяют контрольными замерами напряжения батареи) — заменяется резервной. Иногда применяют щелочные аккумуляторы, у которых электролитом служит водный раствор едкого калия с плотностью 1,19—1,21 г/см3.

В положительных пластинах щелочных, аккумуляторов активным веществом служит гидрат окиси никеля, а в отрицательных — кадмий с примесью железа (никель-кадмиевые аккумуляторы) или только железо (никель-железные аккумуляторы). На подстанциях чаще всего находят применение железоникелевые аккумуляторы из элементов типов НЖ и ТНЖ.

Свинцовые и щелочные аккумуляторы имеют свои преимущества и недостатки: свинцовые имеют по сравнению со щелочными более высокое разрядное напряжение (1,8— 2 и 1,1—1,3 В), более высокую отдачу емкости и энергии. Поэтому при составлении батареи одинакового напряжения свинцовых аккумуляторов требуется почти вдвое меньше. Особенностями щелочных аккумуляторов являются компактность, герметичность, механическая прочность, малый саморазряд и возможность эксплуатации в условиях низких температур.

Аккумуляторные батареи являются наиболее надежным источником питания вторичных устройств, так как они обеспечивают независимое (автономное) питание оперативных цепей при исчезновении напряжения переменного тока.

В аварийном режиме батареи принимают нагрузку всех электроприемников постоянного тока, обеспечивая действие релейной защиты и автоматики, а также возможность включения и отключения выключателей. Предельная продолжительность аварийного режима принимается равной 0,5 ч для всех электроприемников и цепей оперативного постоянного тока, а для средств связи и телемеханики 1— 2 ч. Таким образом обеспечивается наличие оперативного тока в течение времени, необходимого для ликвидации аварии (0,5—2,0 ч).

Применение аккумуляторных батарей ограничено из-за их высокой стоимости и сложности эксплуатации. Поэтому они устанавливаются на наиболее крупных подстанциях. На подстанциях 500 кВ и выше устанавливают по две батареи и больше.

В настоящее время для заряда аккумуляторов используют статические выпрямительные устройства, называемые зарядными агрегатами. На старых подстанциях пока продолжает эксплуатироваться значительное количество двигателей-генераторов.

При эксплуатации электрическая энергия, накопленная в аккумуляторе, непрерывно расходуется. Для ее пополнения служат подзарядные агрегаты, в качестве которых также могут быть использованы двигатели-генераторы и статические выпрямительные устройства. Мощность подзарядных агрегатов обычно составляет 20—25 % мощности зарядных агрегатов. В ряде случаев один и тот же агрегат может выполнять функции зарядного и подзарядного агрегата.

Двигатели-генераторы состоят из приводного асинхронного электродвигателя и генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Обе машины устанавливаются на одной раме, а их валы соединяются эластичной муфтой. При заряде аккумуляторной батареи напряжение генератора зарядного агрегата должно изменяться, поэтому генератор постоянного тока выбирают с регулированием напряжения в широких пределах путем изменения его возбуждения шунтовым реостатом. В качестве статических зарядных и подзарядных агрегатов широко используются кремниевые выпрямительные устройства.

В отличие от двигателя-генератора статические выпрямительные устройства дешевле, не имеют движущихся частей, более удобны в обслуживании, имеют большой срок службы и большую перегрузочную способность и поэтому наиболее распространены.

Распределение постоянного тока, связь зарядных и подзарядно-зарядных агрегатов с аккумуляторной батареей осуществляется через щиты постоянного тока (ЩПТ), на которых размещаются коммутационная аппаратура и контрольно-измерительные приборы. Для удобства действий дежурного персонала на ЩПТ наносятся мнемонические схемы постоянного тока.

Аккумуляторные батареи, ЩПТ, зарядные и подзарядные агрегаты, электроприемники постоянного тока связаны между собой кабельными линиями, а в отдельных случаях шинопроводами. В совокупности они образуют схему электрических соединений сети постоянного тока.

Различают три основных режима работы аккумуляторных батарей: постоянный подзаряд, заряд—разряд и заряд—покой—разряд.

На подстанциях аккумуляторные батареи обычно работают в режиме постоянного подзаряда . В этом случае подзарядный агрегат, оснащенный устройством стабилизации напряжения (с точностью ±2%), все время питает постоянно включенные электроприемники сети оперативного тока (сигнальные лампы, обмотки реле, контакторов), а также подзаряжает аккумуляторную батарею, компенсируя ее саморазряд.

Вследствие этого аккумуляторная батарея все время полностью заряжена. Кратковременные толчки нагрузки воспринимаются в основном батареей.

На рис. 2 представлена схема аккумуляторной установки подстанции напряжением 500 кВ. На подстанции установлены две аккумуляторные батареи и три подзарядно-зарядных агрегата, один из которых резервный. Аккумуляторные батареи собраны из кислотных свинцовых аккумуляторов типа СК, в качестве зарядно-подзарядных агрегатов использованы полупроводниковые выпрямительные устройства ВАЗП-380/260-40/80 . Щит постоянного тока собран из комплектных панелей постоянного тока серии ПСН-1200-71.

Рис. 2. Принципиальная схема аккумуляторной установки без дополнительных элементов: АБ1, АБ2 — аккумуляторные батареи, ВУ1, ВУ2, ВУЗ — выпрямительные устройства, УМС — устройство мигающего света, УКН — устройство контроля уровня напряжения, УКИ — устройство контроля изоляции, ШУ — шинки управления, ШС — шинки сигнализации, ( + ) —шинка мигания, I, II, III, IV — номера секций, ШП — шины питания электромагнитов включения выключателей

Шины щита разделены на две основные (I и II) и две вспомогательные (III и IV) секции. Электроприемники питаются от I или II секции, вспомогательные секции служат для взаимного резервирования источников питания: аккумуляторных батарей и выпрямительных зарядно-подзарядных агрегатов.

Подключение электроприемников и источников питания осуществляется с помощью автоматических выключателей серий А3700 и АК-63. Эти выключатели выполняют функции коммутационных аппаратов и защищают присоединения ЩПТ от КЗ. Щит оборудован устройствами мигающего света УМС, контроля изоляции УКИ и уровня напряжения УКН.

В установках, где для включения мощных электромагнитов масляных выключателей требуется повышенное напряжение, устанавливают дополнительные элементы. Батареи с дополнительными элементами состоят из 120, 128, 140 элементов вместо 108. В таких случаях схема несколько изменяется.

Чтобы предотвратить сульфатацию пластин дополнительных элементов, между отрицательным полюсом и ответвлениями от 108-го элемента включается регулируемый резистор, с помощью которого создается ток разряда, равный току разряда основных элементов. Таким образом обеспечиваются одинаковые условия работы основных и дополнительных элементов и исключается возможность глубоких зарядов и разрядов, что предотвращает сульфатацию и увеличивает срок службы аккумуляторов. В режиме постоянного подзаряда батарея всегда находится в заряженном состоянии и готова к питанию потребителей постоянным током.

В нормальном режиме напряжение на каждом включенном элементе батареи должно быть 2,2 В с допустимым колебанием ±2 %. В тех случаях, когда для питания вторичных устройств необходим постоянный ток различного напряжения, используют переносные аккумуляторные батареи и ответвления от промежуточных элементов батареи.

Например, для большинства устройств релейной защиты необходимо напряжение 220 В, для устройств телемеханики 24, 48 или 60 В, а для питания мощных электромагнитных приводов масляных выключателей — напряжение до 250 В и выше, чтобы при больших токах включения компенсировать падение напряжения в кабеле от батареи до РУ, где установлены выключатели.

В некоторых установках аккумуляторные батареи эксплуатируют в режиме заряда—разряда. В этом случае напряжение на зажимах аккумуляторов не остается постоянным, а изменяется в сравнительно широких пределах (для свинцовых батарей при разряде напряжение меняетсz от 2 до 1,8—1,75 В, а при заряде от 2,1 до 2,6—2,7 В).

Для поддержания стабильного уровня напряжения батареи во всех режимах на сборных шинах щита постоянного тока ЩПТ в схемах батарей, работающих по методу заряд—разряд, предусматривается элементный коммутатор, служащий для изменения числа аккумуляторов, подключенных к сборным шинам установки или к зарядному агрегату.

Работа аккумуляторных установок в режиме заряд — покой — разряд здесь не рассматривается, поскольку этот режим на подстанциях не применяется.

Аккумуляторные батареи напряжением 24, 36 или 48 В обычно составляют из нескольких переносных батарей, которые соединяют последовательно. В большинстве случаев устанавливают два комплекта таких батарей, из которых один является резервным.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что это такое источник тока, батарея и аккумулятор, как они работают

Радиоприемники или усилители низкой частоты, с работой которых ты будешь знакомиться в ходе практикумов, телевизоры, магнитофоны, звуковоспроизводящая аппаратура в кинотеатрах и многие другие радиотехнические устройства работают за счет потребления электрической энергии из электроосветительной сети и от батареи гальванических элементов или аккумуляторов.

Только самые простые Приемники — детекторные — не требуют дополнительных источников тока и работают благодаря «вылавливанию» из пространства энергии радиоволн, излучаемой антеннами радиовещательных станций.

Но чтобы передатчики этих станций могли излучать радиоволны, они должны непрерывно потреблять энергию электрического тока. Короче говоря, источник тока является неотъемлемой частью радиотехнического устройства. Именно поэтому твой первый практикум на пути знакомства с радиотехникой и будет посвящен источникам тока.

Ты, надеюсь, уже знаешь из школьного курса физики или популярной литературы по электротехнике, что различают ток постоянный и ток переменный. При постоянном токе носители электрических зарядов (электроны) а проводнике, например в отрезке провода, включенном в электрическую цепь, или в нити лампочки накаливания, движутся все время в одном направлении. Источниками постоянного тока могут быть, например, батареи 3336Л (их часто по старинке называют КБС) — те, что питают лампочки плоских карманных фонарей.

При переменном же токе электроны в проводнике или в той же нити накала лампочки движутся попеременно то в одну, то в другую сторону.

В электроосветительной сети, питающей бытовые электроприборы, ламповые или транзисторные приемники и телевизоры, ток изменяет свое направление с частотой 50 Гц (герц — основная единица измерения частоты: 1 Гц — одно полное колебание в секунду).

При таком токе электроны в проводнике 50 раз в секунду движутся в одном направлении и столько же раз в обратном. В антеннах передатчиков, излучающих энергию радиоволн, частота питающих их переменных токов составляет сотни килогерц (1 кГц =1000 Гц) и даже десятки мегагерц (1 МГц=1 000000 Гц или 1000 кГц).

Электрический ток характеризуют напряжением, измеряемым в вольтах (В), и силой, измеряембй в амперах (А). Измеряют эти основные электрические параметры вольтметрами и амперметрами.

В электрических цепях приемников и. усилителей протекают токи, чаще всего не превышающие нескольких десятков миллиампер (1 мА = 0,001 А). Поэтому для измерения токов ты будешь пользоваться главным образом миллиамперметром или даже микроамперметром (1 мкА = 0,001 мА).

Для измерения напряжений, токов, сопротивлений участков цепей радиолюбителям чаще всего нужны аво-метры. Так называют электроизмерительный прибор, совмещающий в себе амперметр, миллиамперметр, вольтметр и омметр. Можно, например, пользоваться авометром «Школьный». Впрочем, авометр может быть и самодельным, о чем ты узнаешь в следующем практикуме.

Для опытов, иллюстрирующих принцип действия и свойства полупроводниковых диодов и транзисторов, для питания твоих первых транзисторных усилителей и приемников потребуются гальванические элементы 332, 343, 373 или батареи, составленные из гальванических элементов, например 3336Л, «Крона» (рис. 1) или аккумуляторная батарея 7Д-0,1 (цифра 7 в обозначении этой батареи говорит о том, что она состбит из семи аккумуляторов).

Один свежий гальванический элемент, независимо от его размеров, развивает напряжение 1,5 В (заряженный аккумуляторный элемент — 1,2 В); батарея 3336Л — 4,5 В; батарея «Крона» или 7Д-0,1 — 9 В. Эти напряжения элементов и батарей обычно указываются на этикетках-паспортах.

Иногда элементы и батареи характеризуют электродвижущей силой, или сокращенно ЭДС. Это тоже напряжение, но развиваемое элементом или батареей без нагрузки, то есть без потребителя тока. При подключении к элементу нагрузки, например лампочки, напряжение становится меньше, чем ЭДС.

Разобраться в том, как работают источники постоянного тока, тебе помогут несколько опытов, проведение которых займет не больше одного вечера. Для опытов потребуются совершенно разряженная и, следовательно, неприродная для дальнейшего применения батарея 3336Л, медная проволока или пластинка Аистовой меди, поваренная (столовая) соль, немного медного купороса в кристаллах и, конечно, вольтметр постоянного тока (авометр) для измерения напряжений опытных элементов. —

Удали с батареи бумажную этикетку и защитный слой бумаги (рис. 2, а) — увидишь три ее элемента. Крайние элементы изолированы от среднего полосками картона, пропитанными парафином. Сверху элементы залиты черной мастикой (смолкой). Осторожно удали ее — увидишь угольные стержни с медными контактными колпачками на концах, выступающие из цинковых стаканчиков. Угольные стержни — это положительные электроды элементов, а цинковые стаканчики — отрицательные.

Как соединены между собой элементы батареи?

Последовательно. Угольные стержни двух элементов соединены отрезками провода с цинковыми стаканчиками соседних элементов. К колпачку свободного стержня и свободному стаканчику крайних элементов припаяны жестяные пластинки, являющиеся выводами электродов батареи. Короткая пластинка — вывод положительного электрода, длинная — отрицательного.

На схемах отрицательные электроды элементов или аккумуляторов обозначают короткими, положительные — более длинными черточками, а рядом ставят соответствующие им знаки: « — » и « + ». Одиночный гальванический элемент или аккумулятор, используемые для питания прибора или радиотехнического устройства, на схемах обозначают латинской буквой G («же»), а батарею, составленную из элементов или аккумуляторов, буквами GB.

Разрезав соединительные проводнички, отдели один элемент. Осторожно разрежь по длине его цинковый стаканчик (рис. 2, б). Отогнув края, увидишь мешочек, в котором находится угольный электрод. Обрати внимание на студенистую пасту, заполняющую пространство между мешочком и стенками стаканчика.

Подогрей стаканчик и извлеки из него мешочек с угольным стержнем. Распори мешочек — увидишь черную массу. Очисти от нее угольный стержень.

О назначении угольной массы в мешочке положительного электрода и студенистой пасты, отделяющей мешочек от стенок стаканчика отрицательного электрода, узнаешь позже. Сейчас же займись опытами.

В стакан или стеклянную банку из-под майонеза налей чистую воду комнатной температуры и раствори в ней две-три чайные ложки поваренной соли. Опусти в раствор медную пластинку или кусочек медной проволоки, сложенной вдвое, и цинковую пластинку, отрезанную от цинкового стаканчика разобранного элемента.

У тебя получился простейший источник постоянного тока. Чтобы проверить, действует ли он, подключи к нему вольтметр, как показано на рис. 3 (на схемах электроизмерительные приборы обозначают кружками с буквами РА (измеритель тока) или PU (измеритель напряжения), а выполняемые ими функции — буквами в кружках: V — вольтметр: мА — миллиамперметр: мA — микроампер-метрг и — омметр).

Зажим положительного вывода вольтметра должен соединяться с медной пластинкой, зажим отрицательного вывода — с цинковой пластинкой. Между собой пластинки не должны соединяться.

Что показывает вольтметр? Постоянное напряжение около 1В. Не отключая вольтметра, вытащи одну из пластинок из раствора соли — стрелка вольтметра тут же вернется к нулевой отметке на шкале. Опусти пластинку в раствор — вольтметр покажет то же напряжение.

Таким образом элемент действует. Его медная пластинка является прложитель-ным электродом, цинковая — отрицательным, а раствор поваренной соли, в которую погружены пластинки, электролитом элемента.

Еще один эксперимент. Замени медную пластинку угольным стержнем разобранного элемента батареи 3336Л. Вольтметр тоже будет фиксировать напряжение, только, возможно, несколько меньшее, чем с электродом из меди, — и в ,этом случае элемент действует, а его цинковая пластинка остается отрицательным электродом.

Будет ли лампочка от карманного фонаря, подключенная к такому элементу, гореть?

Нет (проверь, так ли это). Но ток через нить лампочки будет все же идти, в чем можно убедиться, включив последовательно с ней миллиамперметр. Ток этот чрезвычайно мал — всего 2. 3 мА, а чтобы нить лампочки накалить, через нее надо пропускать примерно в 100 раз больший ток.

При погружении цинковой пластинки в раствор поваренной соли между ними возникает химическая реакция, в результате которой на цинковой пластинке образуется излишек электронов и она заряжается отрицательно.

При этом раствор соли (то есть электролит) и медная пластинка по отношению к цинковой заряжаются положительно. В результате между пластинками-электродами элемента возникает напряжение, которое и фиксирует вольтметр. Сам же вольтметр при измерении является как бы нагрузкой элемента, потребляющей небольшой ток.

Если к электродам элемента подключить лампочку накаливания или замкнуть их, то есть соединить между собой, ток потечет внутри элемента, через электролит. При этом внутри элемента начинает интенсивно выделяться водород, покрывающий поверхности пластинок слоем пузырьков. Это явление называют поляризацией. Слои пузырьков водорода уменьшают напряжение элемента. Из-за поляризации такой элемент не представляет практической ценности, но благодаря своей простоте он интересен как демонстрационное пособие.

Практическое применение может найти другой вариант элемента — медно-цинковый (рис. 4). На дно стакана положи круглую пластинку, вырезанную из листовой меди, или спираль из голой медной проволоки толщиной 1. 1,5 мм.

Это — положительный электрод элемента. На его проволочный вывод надень резиновую либо поливинилхло-ридную трубочку или оберни его изоляционной лентой. У цинкового стаканчика разобранного тобой сухого элемента отрежь донышко, а к оставшемуся незамкнутому цилиндру припаяй отрезки медной проволоки, которые бы удерживали этот электрод в стакане и одновременно служили его выводами. Это — отрицательный электрод элемента.

На медный электрод насыпь горкой 20. 30 г медного купороса и осторожно налей в стакан раствор поваренной соли, используемый тобой для первого опытного элемента. Через некоторое время часть медного купороса растворится и образует в нижней части стакана слой жидкости голубовато-зеленого цвета. После этого опусти в раствор цинковый электрод так, чтобы его нижний конец не доходил до верхней границы раствора медного купороса на 10. 12 мм. Закрепи его в таком положении в стакане.

Элемент готов. Чтобы привести его в действие, надо лишь замкнуть его выводы на 10. 15 мин. После этого подключи к элементу лампочку от карманного электрического фонаря. Лампочка горит. Нить накала светится, но тускло.

Так оно и должно быть: нить накала этой лампочки рассчитана на напряжение источника тока 2,5 В, а твой элемент развивает напряжение не более 1 В. Измерь это напряжение вольтметром. Чтобы лампочка светилась ярче, надо сделать три одинаковых элемента и соединить их последовательно. Как работает такой элемент?

Принципиально так же, как и первый опытный Благодаря химической реакции между цинком и раствором поваренной соли цинк приобретает отрицательный электрический заряд.

При этом образуются пузырьки водорода, которые движутся к положительному электроду, но, не доходя до него, растворяются в толще раствора медного купороса. Поэтому поляризация не наступает, и элемент работает устойчиво. Таким образом, раствор медно-ного купороса является здесь деполяризатором.

Один такой элемент, независимо от его размеров, да-jer напряжение около 1 В. А вот сила тока, которую он может развить в электрической цепи, полностью зависит от его размеров: чем больше объем сосуда и площадь поверхностей электродов, тем больше может быть ток, создаваемый элементом в подключенной к нему нагрузке. Так, например, если элемент с цинковым электродом диаметром 70. 75 мм собрать в пол-литровой стеклянной банке, от него можно получить ток до 200. 250 мА (0,2. 0,25 А).

Лучше всего для отрицательных электродов подойдет листовой цинк (не путай с оцинкованным железом) толщиной 0,8. 1 мм. Чем он толще, тем элемент дольше будет служить. Эти электроды крепи на крышках банок, защищающих электролит от пыли и сора. Для раствора поваренной соли используй дистиллированную или дождевую воду. В зимнее время можно растопить чистый снег.

Элементы нельзя переносить, трясти, иначе слои электролита перемешаются и элементы перестанут давать ток. Поэтому элементы собирай и заливай электролитом в том месте, где они будут стоять неподвижно.

Голубовато-зеленый слой электролита должен быть только в нижней части банки. Не допускай, чтобы его верхняя граница поднималась до цинка, иначе действие элемента ухудшится, а цинк станет быстро разрушаться. Если эта граница подойдет к цинку ближе, чем на б. 10 мм, то подержи электроды замкнутыми накоротко, пока граница не опустится до нужного уровня. Если же она слишком понизится, осторожно брось в элемент несколько кристалликов медного купороса.

На поверхность электролита полезно пустить несколько капель растительного или вазелинового масла, которое образует пленку, предотвращающую испарение электролита. Края банки и цинкового электрода, выстулающего над электролитом, а также выводы обоих электродов желательно смазать вазелином или салом.

Вот, собственно, те основные советы, которые надо помнить при сборке и эксплуатации самодельных медно-цинкозых источников постоянного тока.

Вернемся к батарее 3336Л. Разбирая ее элемент, ты, конечно, заметил, что внутренняя поверхность его цинкового стаканчика сильно изъедена. В нем даже кое-где есть сквозные отверстия. Догадываешься о причине? Да, ты прав: во время работы элемента цинк, вступая в химическую реакцию с электролитом, расходуется и разрушается.

А какова роль черной массы в мешочке, окружающей положительный электрод? Это деполяризатор — спрессованная смесь толченого угля, порошка графита и двуокиси марганца. Студенистая паста, заполняющая пространство между деполяризатором и стенками стаканчика, — электролит, представляющий собой раствор нашатыря с примесью крахмала или муки.

Во время работы гальванического элемента, а работает он принципиально так же, как и твои опытные элементы, выделяющийся водород соединяется с кислородом, содержащимся в двуокиси марганца, в результате чего поляризация не наступает.

Точно так же устроены и работают элементы 332, 343, 373, только их размеры и запасы энергии иные. Они могут служить до полного разрушения цинка отрицательного электрода. Обычно раньше истощается и высыхает электролит, в то время как Цинк еще мог бы поработать. Чтобы убедиться в этом, проведи такой опыт.

У одного из оставшихся элементов разобранной батареи удали картонку, закрывающую цинковый стаканчик. Подключи к электродам элемента вольтметр. Если элемент действительно полностью разряжен, то стрелка вольтметра будет стоять возле нулевой отметки шкалы.

Следя за стрелкой прибора, влей в элемент немного чистой воды. Уже через несколько секунд вольтметр станет показывать напряжение, постепенно возрастающее почти до 1,5 В. Элемент «оживает»! Через одну-две минуты к нему можно подключить лампочку от круглого карманного фонаря, и ее нить слегка накалится. Значит, элемент может еще поработать.

Так многие радиолюбители продлевают «жизнь», казалось бы, совершенно бросовых гальванических элементов и батарей. Попробуй и ты таким же способом временно восстановить работоспособность отслужившей свой срок батареи 3336Л. Этот опыт тебе пригодится в будущем.

Литература: Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. 1984.

Источник

Устройство аккумулятора — что внутри и как работает

Что такое аккумулятор

Устройство и принцип работы аккумулятора

Схема строения

Виды аккумуляторов

Классификация акб по составу активного вещества

Сурьмянистые батареи относятся к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
В малосурьмянистых акб материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая из пластин закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Такая технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.
В литиевых акб используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
Отличительной особенностью AGM является то, что в электролит с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Важно! вода при минусовых температурах превращается в лед. Всегда при морозе нужно применять меры, необходимые для предотвращения замерзания аккумулятора.

Основные технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Важно! Емкость не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Пусковой ток

Полярность

Исполнение корпуса

Важно! При приобретении акб нужно знать, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу. На азиатских корпусах могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Источник