Устройство аккумуляторов.
Аккумулятором называется прибор, способный накапливать, сохранять электрическую энергию и по мере надобности отдавать ее потребителям. Работа аккумулятора основана на преобразовании электрической энергии, поступающей от генератора, в энергию химическую. Этот процесс носит название «Зарядка» аккумулятора, а обратный процесс — преобразование химической энергии в электрическую — называется «Разрядка» аккумулятора.
Рис. 52. Схема аккумулятора
Простейший кислотный аккумулятор (рис. 52) состоит из эбонитового сосуда 1, наполненного электролитом 3 из дистиллированной воды и разведенной в ней серной кислоты. В сосуд помещаются две свинцовые пластины, одна из них называется анодом (положительная пластина) 2, другая — катодом (отрицательная пластина) 4. Пластины в электролите покрываются тонким слоем сернокислого свинца (сульфата).
Серная кислота почти в два раза тяжелее воды.
Электролит приготовляют определенной плотности в пределах от 1,12 до 1,27. Плотностью электролита называется число, показывающее, во сколько раз данный электролит тяжелее воды. При плотности ниже 1,12 или выше 1,27 аккумулятор теряет свою емкость.
Во время зарядки аккумулятора цвет пластин меняется: положительные приобретают темно-шоколадный цвет, покрывшись перекисью свинца, а отрицательные — серый цвет (чистый свинец). Когда сернокислый свинец полностью превратится в перекись свинца на положительном электроде и в чистый свинец — на отрицательном, при дальнейшем прохождении тока не будет изменяться их химическое состояние, а начнет разлагаться вода электролита на составные части. При этом кислород будет выделяться на положительной пластине, а водород — на отрицательной. Электролит в аккумуляторе начнет кипеть, что указывает на окончание зарядки аккумулятора.
При включении аккумулятора на питание сети освещения он начнет разряжаться и ток будет идти в обратном направлении, т. е. от отрицательной пластины к положительной. При этом на положительной пластине выделяется водород, а на отрицательной — кислород и обе пластины вновь покрываются слоем сернокислого свинца, становятся по химическому состоянию одинаковыми и уже не могут служить источником тока до новой зарядки.
Количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор за определенный промежуток времени, называется емкостью. Емкость измеряется ампер-часами, т. е. произведением разрядного тока в амперах на число часов, в течение которых происходит разряд. Для повышения емкости аккумулятора, кроме увеличения площади пластин, увеличивают их количество. Чтобы положительные пластины не соприкасались с отрицательными, между ними ставят стеклянные или другие изоляторы (сепараторы).
Емкость аккумулятора в эксплуатации зависит также от температуры наружного воздуха (зимой емкость аккумулятора снижается) и плотности электролита
Электродвижущая сила аккумулятора, характеризующаяся разностью потенциалов (электрических зарядов) на аноде и катоде при разомкнутой внешней цепи, возникает в результате неодинакового химического состояния отрицательной и положительной пластин Электродвижущую силу или напряжение тока в вагонном аккумуляторе практически считают равной 2 в.
С целью увеличения напряжения несколько аккумуляторов последовательно соединяют в батарею, для чего общий положительный полюс (соединенные положительные пластины) соединяется с общим отрицательным полюсом (соединенные отрицательные пластины). Общее напряжение при этом увеличивается, а емкость остается прежней, равной емкости одного аккумулятора.
Вагонная кислотная аккумуляторная батарея состоит из 26 аккумуляторов, соединенных последовательно. Общая электродвижущая сила батареи составляет 52 в (2 в на каждый аккумулятор). Емкость аккумуляторной батареи, например 26ВПМ-400, составляет 400 а-ч, что дает возможность разряда аккумуляторной батареи током 40 а. в течение 10 ч.
Таблица 15
Характеристика основных типов аккумуляторных батарей, которыми оборудованы ЦМВ, приводится в табл. 15.
Возможные неисправности в аккумуляторах.
В эксплуатации аккумуляторные батареи при должном уходе и правильном использовании бесперебойно работают в течение нескольких лет. Однако в них встречаются следующие неисправности, которые преждевременно выводят их из строя.
Сульфатация — процесс образования на пластинах сернокислого свинца — происходит в результате систематических недозарядок и глубоких разрядок. При сульфатации отрицательные пластины покрываются белым налетом, а положительные окрашиваются в светло-красный или светло- желтый оттенок. При чрезмерном разряде разрушаются все пластины батареи. Активная масса в результате сульфатации увеличивается, разбухает, начинает отделяться и выпадать в осадок. Пластины коробятся и становятся непригодными для эксплуатации.
Вредно влияет на аккумуляторную батарею ее перезарядка: если, например, нормально заряженную батарею продолжать заряжать дальше, то газ, выделяющийся при зарядке, способствует отделению от пластин активной массы, в результате емкость аккумулятора уменьшается. Кроме того, в связи с усиленным выделением газов возможен взрыв аккумуляторной батареи от возникающей искры в ослабших соединениях, что может вызвать тяжелые последствия.
Загрязнение электролита различными примесями, применение недистиллированной воды или недоброкачественной серной кислоты вредно отражаются на работе батареи и приводят к преждевременному выходу ее из строя. Попадание в электролит металлических частиц или отставшей активной массы и оседание ее на дне сосуда могут вызвать короткое замыкание в аккумуляторной батарее.
В некоторых случаях, например при длительном отстое вагона, кислотная аккумуляторная батарея саморазряжается. Ее надо заряжать не реже одного раза в три месяца, иначе пластины начнут подвергаться сульфатации, что может привести батарею в полную негодность.
Основным условием для обеспечения сохранности щелочных аккумуляторных батарей при эксплуатации является соблюдение уровня электролита над пластинами 30—35 мм. В противном случае на отрицательных пластинах при взаимодействии с кислородом воздуха образуются окислы железа, что может привести к выводу из строя всей' аккумуляторной батареи.