Глава 3 аккумуляторы

3.1 Свинцовые аккумуляторы, общие сведения

Электрическим аккумулятором называется химический источник тока, в котором при заряде происходит преобразование электрической энергии в химическое вещество, длительно сохраняется и при необходимости может быть использовано.

При разряде аккумулятор преобразует химическое вещество и отдаёт электрическую энергию в нагрузку. Аккумулятор – это вторичный источник постоянного тока многоразового пользования.

Классификация аккумуляторов

В зависимости от состава электролита аккумуляторы бывают:

• кислотные и щелочные.

В зависимости от конструкции бывают:

• открытые и закрытые.

По назначению:

• стационарные аккумуляторы С и СК;

• стартерные аккумуляторы СТ;

• радионакальные батареи РН;

• мотоциклетные аккумуляторы;

• железнодорожные аккумуляторы АБН.

3.2 Конструкция свинцовых аккумуляторов

Состоит из кислотоустойчивого сосуда (стекло, эбонит, пластик), заполненного электролитом (серная кислота и дистиллированная вода), в который помещают электроды (пластины – поверхностные, коробчатые или намазные), чтобы не было короткого замыкания, устанавливают сепарацию между пластинами.

Одноимённые пластины соединяют, увеличивая площадь пластин, отрицательных пластин на одну больше. Сосуд аккумулятора имеет нижнее пространство, чтобы выпадающая активная масса не замкнула пластины снизу, и верхнее пространство для регулировки уровня раствора электролита.

Для получения номинального напряжения питания аппаратуры связи аккумуляторы соединяют в блоки последовательно и располагают на стеллажах.

3.3 Работа свинцового аккумулятора

Аккумулятор преобразует при заряде электрическую энергию в химическое вещество и длительно сохраняет запасённую энергию. При необходимости отдаёт запасённую энергию.

Принцип действия аккумулятора основан на электролитической диссоциации серной кислоты в водном растворе.

Рисунок 3.1 – Электрические схемы включения аккумуляторной батареи на заряд и разряд

Выпрямительное устройство преобразует переменный ток в пульсирующий ток для заряда аккумуляторной батареи. РА – прибор для контроля тока заряда. R – регулятор тока заряда батареи аккумуляторов.

При включении выпрямителя происходит заряд аккумуляторной батареи. Под действием зарядного тока происходит движение ионов внутри аккумулятора, на положительной пластине аккумулятора образуется нейтральная молекула двуокиси свинца, а на отрицательной пластине восстанавливается губчатый свинец. Плотность электролита повышается и достигает величины 1210 кг/м³ (измеряется ареометром). В конце заряда батареи напряжение не изменяется (измеряется вольтметром).

Основная химическая реакция:

Положительная Положительная

пластина пластина

↓ _{разряд→} ↓

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ = PbSO₄ + PbSO₄ + 2H₂O

^{↑ ←заряд ↑}

Отрицательная Отрицательная

пластина пластина

Кроме основной химической реакции в аккумуляторе происходят побочные реакции и в конце заряда, проходящий ток разлагает воду электролита на водород и кислород, которые могут образовать гремучий газ («кипение»).

При подключении нагрузки аккумулятор начинает разряжаться. Происходит движение электронов во внешней цепи нагрузки и движение ионов внутри аккумулятора. На положительной и отрицательной пластинах образуется сульфат свинца, плотность раствора электролита уменьшается. Глубокий разряд аккумулятора запрещён, образуются крупные кристаллы вещества, сокращается количество вещества, участвующего в химической реакции.

Достоинства: высокая надёжность, малое внутреннее сопроти­вление, отдает в нагрузку постоянный ток.

Недостатки: низкий коэффициент полезного действия, большой вес и габариты, высокая стоимость, необходимо специальное помещение.

Применение: в качестве резервного источника питания при аварии.