
- •Раздел 1 Машины постоянного тока
- •Тема 1.1. Общие сведения о машинах постоянного тока
- •1.1.1. Основные сведения о машинах постоянного тока и их классификация
- •1.1.2. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
- •1.1.3. Конструкция генератора и двигателя постоянного тока
- •1.1.4. Обмотки якоря машин постоянного тока
- •1.1.5. Электродвижущая сила (эдс) и электромагнитный момент машины постоянного тока
- •1.1.6. Выбор типа обмотки якоря
- •Тема 1.2. Магнитное поле машины постоянного тока
- •1.2.1. Магнитная цепь машины постоянного тока и реакция якоря
- •1.2.2. Способы возбуждения машин постоянного тока
- •Тема 1.3. Коммутация в машинах постоянного тока
- •1.3.1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе
- •1.3.2. Виды коммутации и способы её улучшения
- •Тема 1.4. Коллекторные генераторы и двигатели постоянного тока
- •1.4.1. Виды генераторов постоянного тока и их характеристики
- •1.4.2. Параллельная работа генераторов постоянного тока
- •1.4.3. Коллекторные двигатели постоянного тока
- •1.4.4. Пуск и регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока
- •1.4.5. Потери и кпд коллекторных машин постоянного тока
- •1.4.6. Машины постоянного тока специального назначения
- •Раздел 2. Трансформаторы
- •Тема 2.1. Назначение, классификация, принцип действия и устройство трансформаторов
- •2.1.1. Назначение, классификация и принцип действия трансформаторов
- •2.1.2.Устройство трансформаторов
- •2.1.3.Многообмоточные трансформаторы
- •Тема 2.2. Режимы работы трансформатора и его характеристики
- •2.2.1. Приведенный трансформатор
- •2.2.2. Режим холостого хода
- •2.2.3. Нагрузочный режим
- •2.2.4. Режим короткого замыкания
- •2.2.5. Потери и кпд трансформатора
- •2.2.6. Регулирование напряжения трансформаторов
- •Тема 2.3. Группы соединения обмоток и параллельная работа трансформаторов
- •2.3.1. Группы соединения обмоток
- •2.3.2. Параллельная работа трансформаторов
- •Тема 2.4 Автотрансформаторы и трансформаторы специального назначения
- •2.4.1. Автотрансформаторы
- •2.4.2. Трансформаторы специального назначения
- •Раздел 3. Машины переменного тока
- •Тема 3.1. Синхронные машины переменного тока
- •3.1.1. Назначение, принцип действия и устройство синхронных машин переменного тока
- •3.1.2. Возбуждение синхронных машин
- •3.1.3. Потери и кпд синхронных машин
- •Тема 3.2. Синхронные генераторы
- •3.2.1. Реакция якоря синхронного генератора
- •3.2.2. Характеристики синхронного генератора
- •3.2.3. Включение синхронных генераторов на параллельную работу
- •Тема 3.3 Синхронные двигатели и компенсаторы
- •3.3.1. Особенности конструкции синхронных двигателей
- •3.3.2. Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей
- •3.3.3. Рабочие характеристики синхронного двигателя
- •3.3.4. Синхронные компенсаторы
- •3.3.5. Синхронные машины специального назначения
- •Тема 3.4 Асинхронные машины
- •3.4.1. Назначение, конструкция, принцип действия и режимы работы асинхронной машины
- •3.4.2. Устройство асинхронных двигателей
- •3.4.3. Потери и кпд асинхронного двигателя
- •3.4.4. Характеристики асинхронного двигателя
- •3.4.5. Пуск и регулирование частоты вращения трёхфазных асинхронных двигателей
- •3.4.6. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
- •3.4.7 . Асинхронные машины специального назначения
- •Раздел 4. Химические преобразователи электрической энергии
- •Тема 4.1. Гальванические элементы
- •4.1.1. Электрический ток в жидких проводниках
- •4.1.2. Эдс в гальваническом элементе
- •4.1.3. Сухие гальванические элементы
- •Тема 4.2. Аккумуляторы
- •4.2.1. Принцип действия аккумуляторов
- •4.2.2. Кислотные аккумуляторы
- •4.2.3. Щёлочные аккумуляторы
- •4.2.4. Электрические характеристики аккумуляторов
- •Раздел 5. Нагревание и охлаждение электрических машин и трансформаторов
- •Тема 5.1. Нагревание электрических машин и трансформаторов
- •5. 1. 1. Закон нагревания электрических машин и трансформаторов
- •5.1.2. Номинальные режимы работы электрических машин
- •Тема 5.2. Охлаждение электрических машин и трансформаторов
- •5.2.1. Охлаждение электрических машин
- •5.2.2. Охлаждение трансформаторов
- •5.2.3. Новые принципы создания электрических машин
- •Литература
4.2.3. Щёлочные аккумуляторы
Наиболее распространены никель-железные и никель–кадмиевые щёлочные аккумуляторы. В них активная масса положительного электрода в заряженном состоянии состоит из гидрата окиси никеля NiOOH, к которому добавляют графит (увеличивает электропроводность) и окись бария (увеличивает срок службы). Активная масса отрицательного электрода никель-железного аккумулятора состоит из порошкового железа Fe и его окислов с добавкой сернокислого никеля и сернистого железа, а никель-кадмиевого аккумулятора – из смеси порошков кадмия Cd и железа Fe. Электролитом служит 20% раствор едкого калия KOH с примесью моногидрата лития (20÷30) г/л (увеличивает срок службы).
Промышленность выпускает никель-железные (НЖ) и никель-кадмиевые (НК) аккумуляторы. Оба электрода в них изготовляют в виде стальных никелированных рамок (рис. 66), в пазы которых впрессованы наполненные активной массой пакеты (ламели) из никелированной жести с большим количеством мелких отверстий для доступа электролита к активной массе. В аккумуляторах НК каждая отрицательная пластина расположена между двумя положительными, а в аккумуляторах НЖ каждая положительная пластина – между двумя отрицательными. Для предотвращения короткого замыкания между пластинами устанавливают сепараторы из эбонитовых стержней или поливинилхлоридных сеток. Пластины и электролит помещают в жестяной никелированный корпус, имеющий приваренную крышку с отверстиями для выводных штырей, выхода газов и для заливки электролита. Для придания корпусу механической прочности его стенки выполняют гофрированными.
Рис.66. Полублоки положительных и отрицательных пластин (а) и общий вид (б) никель-кадмиевого аккумулятора НКН-100 для электроподвижного состава:
1 – отрицательные пластины; 2 – соединительный мостик; 3 – выводной штырь; 4 – положительные пластины; 5 – отверстие с пробкой для заливки электролита; 6 – крышка; 7 – сепаратор; 8 – корпус; 9 – резиновый чехол.
При разряде щелочного аккумулятора гидрат окиси никеля NiOOH на положительном электроде, взаимодействуя с ионами электролита, переходит в гидрат закиси никеля Ni(OH)2, а железо или кадмий отрицательного электрода превращаются соответственно в гидрат окиси железа Fe(OH)2 или гидрат окиси кадмия Cd(OH)2. Между электродами возникает разность потенциалов 1,45 В, обеспечивающая протекание тока во внешней цепи и внутри аккумулятора. При заряде аккумулятора под действием электрической энергии от внешнего источника происходит окисление активной массы положительных пластин, сопровождаемое гидрата закиси никеля Ni(OH)2 в гидрат окиси никеля NiOOH. В то же время активная масса отрицательных пластин восстанавливается с образованием железа Fe или кадмия Cd. Электрохимические реакции при разряде и заряде никель-железного аккумулятора могут быть выражены уравнением
2NiOOH + 2KOH + Fe ←заряд - разряд→2Ni(OH)2 + 2KOH + Fe(OH)2;
для никель кадмиевого
2NiOOH + 2KOH + Cd ←заряд - разряд→2Ni(OH)2 + 2KOH + Cd(OH)2.
Положительным качеством щелочного аккумулятора является то, что компоненты, образующиеся в процессе заряда и разряда, практически не растворимы в электролите и не вступают в какие либо химические реакции. Электролит при этом не расходуется, поэтому плотность его не изменяется. Это позволяет обходиться сравнительно небольшим количеством электролита, что делает эти аккумуляторы более компактными, чем кислотные.
Полностью заряженный аккумулятор имеет ЭДС 1,45 В. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 1,3 В, а затем медленно уменьшается до 1 В (рис. 67); при этом напряжении разряд следует прекращать. При заряде напряжение с 1,55 В быстро поднимается до 1,75 В, а затем медленно повышается до 1,8 В. Заряд ведут до тех пор, пока не будет сообщено требуемое количество ампер-часов (согласно паспортным данным).
Рис. 67. Кривые напряжения щелочного аккумулятора при заряде и разряде.
Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед кислотными. Они могут длительное время находиться в полузаряженном или даже в разряженном состоянии, что совершенно недопустимо для кислотных. Кроме того щелочные аккумуляторы не выходят из строя вследствие действия низких температур, имеют большую перегрузочную способность, большую механическую прочность, больший срок службы и хранения. Однако щелочные аккумуляторы имеют ряд недостатков: напряжение при разряде значительно ниже (почти на 40%), чем у кислотного, его напряжение при разряде падает гораздо быстрее и при очень интенсивном разряде резко уменьшается.
Щелочные аккумуляторы широко применяют на электроподвижном составе, тепловозах и пассажирских вагонах. На тепловозах устанавливают аккумуляторную батарею 46ПНЖ-550, состоящую из 46 последовательно соединённых никель-железных аккумуляторов ёмкостью 550 А×ч [Т – тепловозная; П – панцирные положительные пластины (каждая пластина помещена в специальный чехол – панцирь)]. На электровозах применяют батарею 42НК125, состоящую из 42 последовательно соединённых никель-кадминвых аккумуляторов ёмкостью 125 А×ч, а на электропоездах – батарею 90НК-55, состоящую из 90последовательно соединённых никель-кадмиевых аккумуляторов ёмкостью 55 А×ч, на электровозах ЧС – батареи 40NKT-120 и 40NKT-160, состоящие из 40 последовательно соединённых никель-кадмиевых аккумуляторов ёмкостью 120 и 160 А×ч. Номинальное напряжение всех щелочных аккумуляторов 1,2 В.