Савченко Павел Владимирович (ф и. о.) учебно-методический комплекс
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Савченко Павел Владимирович (ф и. о.) учебно-методический комплекс, 340.75kb.
- Бельский Дмитрий Владимирович учебно-методический комплекс, 477.56kb.
- Василенко Юрий Владимирович учебно-методический комплекс, 621.59kb.
- Федосеев Станислав Владимирович учебно-методический комплекс, 428.52kb.
- Федосеев Станислав Владимирович учебно-методический комплекс, 326.32kb.
- Федосеев Станислав Владимирович учебно-методический комплекс, 353.62kb.
- Еремеев Андрей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры информационных, 291.94kb.
- Еремеев Андрей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры информационных, 344.4kb.
- И. Л. Литвиненко учебно-методический комплекс по дисциплине международный туризм ростов-на-Дону, 398.8kb.
- Учебно-методический комплекс умк учебно-методический комплекс общие основы педагогики, 974.02kb.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
(МИИТ)
УТВЕРЖДЕНО:
Директором РОАТ
«_____»______________ 20 г.
Кафедра____Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь__________
(название кафедры)
Автор____________Савченко Павел Владимирович________________________
(ф.и.о.)
Учебно-методический комплекс по дисциплине
Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи
(название)
Специальность/направление 190402.65 Автоматика, телемеханика и (код, наименование специальности / направления)
связь на железнодорожном транспорте _______________________________________
| Утверждено на заседании Учебно-методической комиссии РОАТ Протокол №____2_____ «_20___» _____01________ 2011 г. | Утверждено на заседании кафедры Протокол №__7_____ «_18__» ____01_______ 2011 г. |
Москва 2011 г.
Савченко Павел Владимирович
канд. техн. наук, доцент кафедры ЖАТС
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования/основной образовательной программой по специальности/направлению 190402.65 Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте
Дисциплина входит в федеральный компонент цикла специальных дисциплин специализации и является обязательной для изучения.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
(МИИТ)
| СОГЛАСОВАНО: | УТВЕРЖДЕНО: |
| Выпускающая кафедра ____ЖАТС_____ | Директором РОАТ |
| | «_____»______________ 2011г. |
Кафедра__ Железнодорожная автоматика, телемеханика_и связь___________
(название кафедры)
Автор __Савченко Павел Владимирович, к.т.н. __________________________
(ф.и.о., ученая степень, ученое звание)
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи
(название)
Специальность/направление 190402.65 Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте ____________________________________ (код, наименование специальности / направления)
| Утверждено на заседании Учебно-методической комиссии РОАТ Протокол №___2_____ «_20___» _____01______ 2011 г. | Утверждено на заседании кафедры Протокол №__7_____ «_18__» _____01________ 2011 г. |
Москва 2011 г.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и удовлетворяет государственным требованиям к минимуму содержания и уровню подготовки инженеров по специальности 190402 Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС).
Составитель – к.т.н. П.В. Савченко
© Московский Государственный университет путей сообщения,
2011
Цели и задачи дисциплины
Рабочая программа составлена для студентов заочной формы обучения на основании типовой программы, утвержденной УМО по образованию на железнодорожном транспорте.
Цель дисциплины - изучение принципов построения электропитания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. К устройствам электропитания предъявляются высокие требования, по надежности и качеству обеспечения электроэнергией. При этом обслуживание электропитающих устройств должно быть эффективным и безопасным при высоком их КПД и большим коэффициентом мощности.
В учебном процессе студент получает теоретические и практические знания по расчету, проектированию и эксплуатации электропитающих устройств. Это достигается с помощью лекций, практических занятий в лабораториях, курсовой работай и, естественно, самостоятельной подготовкой студентов.
Данная учебная дисциплина тесно увязана с материалом курсов физики, химии, высшей математики теоретических основ электротехники, специальных измерений, электронных устройств, программирования.
Задачи изучения дисциплины
Изучив дисциплину "Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи" студент должен:
1. Знать и уметь использовать теоретические знания по организации электропитающих устройств, проводить инженерные расчеты, пользоваться технической документацией и основными руководящими документами эксплуатации устройств в реальных условиях их работы.
2. Владеть навыками анализа работы устройств, устранения повреждений аппаратуры, использования измерительной аппаратуры и стендов, а также правилами техники безопасности при работе с источниками электропитания с учетом режимов их эксплуатации, понимать проблемы, связанные с совершенствованием этих устройств на железнодорожном транспорте, а также оценки их экономической эффективности.
Требования к уровню освоения дисциплины
Программа по дисциплине " Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи" для удобства пользования представлена в виде перечня тем, каждая из которых объединяет логически завершенный материал с указанием тематики и соответствующей литературы.
В результате изучения дисциплины специалист должен:
1. Иметь понятие и знать основные требования к источникам электропитания, их роль в обеспечении надежной работы устройств автоматики, телемеханики и связи (ЖАТС), классификация источников электроэнергии, применяемых для питания устройств ЖАТС.
2. Знать химические источники электрического тока (элементы и батарейки), аккумуляторы кислотные, щелочные, основные их характеристики, перспективы развития, новые источники тока (солнечные батареи, топливные элементы). Оборудование аккумуляторных помещений, перспективы развития источников электроэнергии. Системы электропитания. Классификация систем. Основные принципы расчета аккумуляторных батарей. Выбор типа аккумуляторов.
3. Знать основные принципы и схемы преобразования переменного тока в постоянный. Схемы преобразователей, одноякорные преобразователи, преобразователи частоты ПЧ 50/25, ППС-1, ППВ-1, ППШ-3. Электропитание от высоковольтных линий, расчет и выбор типа дизель-генераторного агрегата.
4. Уметь выполнять расчеты и осуществлять выбор источников электропитания станционных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Расчет электропитающих устройств линейно-аппаратных узлов (ЛАЗ).
5. Понимать принципы регулирования напряжения устройств электропитания, особенности работы устройств электропитания аппаратуры перегонных и станционных устройств СЦБ и аппаратуры связи. Основные виды защиты пунктов питания. Расчет элементов ЭПУ.
Объем дисциплины и виды учебной работы
| Вид учебной работы | Количество часов по формам обучения | ||
| Очная | Очно-заочная | Заочная | |
| №№ семестров | | | 1 |
| Аудиторные занятия: | | | |
| Лекции | | | 8 |
| Практические и семинарские занятия | | | |
| Лабораторные работы (лабораторный практикум) и т.д. | | | 8 |
| Индивидуальные занятия | | | |
| Самостоятельная работа | | | 104 |
| ВСЕГО ЧАСОВ НА ДИСЦИПЛИНУ | | | 120 |
| Текущий контроль (вид текущего контроля и количество, №№ семестров) | | | |
| Курсовая работа (курсовой проект) (№ семестра) | | | 1 семестр |
| Виды промежуточного контроля (экзамен, зачет) - №№ семестров | | | Зачет-1 Экзамен - 1 |
Содержание курса
Форма обучения: Заочная
| Названия разделов и тем | Всего часов по учебному плану | Виды учебных занятий | Индив. занятия | Самостоят. работа | ||
| Аудиторные занятия, в том числе | ||||||
| лекции | Практ. занятия, семинары | Лаб. работы (практикумы) | ||||
| Раздел 1 Химические источники тока | | |||||
| 1. Понятие и требования к источникам, электропитания. | 13 | 1 | | | | 12 |
| 2 Кислотные и щелочные аккумуляторы. Принцип работы | 13 | 1 | | | | 12 |
| 3. Способы эксплуатации аккумуляторных батарей. Расчет нагрузки емкости аккумуляторных батарей и выбор типа аккумуляторов. | 13 | 1 | | | | 12 |
| Раздел 2. Преобразователи тока | ||||||
| 1. Преобразование постоянного тока в переменный. Схемы преобразования и их характеристики. | 12 | 0 | | | | 12 |
| 2. Стабилизаторы. | 17 | 1 | | 4 | | 12 |
| 3. Преобразователи частоты, одноякорные преобразователи, электрические схемы и расчет преобразователей. | 12 | 0 | | | | 12 |
| 4. Выпрямители. | 17 | 1 | | 4 | | 12 |
| Раздел 3. Электрооборудование постов ЭЦ и домов связи | ||||||
| Выбор типа ДГА, разработка структурных схем электропитающих устройств СЦБ и электропитающих устройств связи. | 22 | 2 | | | | 20 |
| ИТОГО: | 120 | 8 | | 8 | | 104 |
Темы практических и/или семинарских занятий
Практические и семинарские занятия по данной дисциплине не предусмотрены.
Лабораторные работы
| №№ и названия разделов и тем | Цель и содержание лабораторной работы | Результаты лабораторной работы |
| Лабораторная работа № 1: Исследование схем стабилизации напряжения (название) | ||
| Параметрический стабилизатор на кремниевом стабилитроне | Исследование работы схемы параметрического стабилизатора на кремниевом стабилитроне стабилизации напряжения | Вольт-амперная характеристика по снятым параметрам схемы. |
| Лабораторная работа № 2:Выпрямители | ||
| Изучение работы выпрямительных схем | Снять осциллограммы работы всех схем выпрямления. | Определить в какой схеме наибольший коэффициент пульсации и коэффициент использования трансформатора |
Тематика курсовой работы и методические указания по их выполнению
Тема курсовой работы - "Расчет электропитающих устройств аппаратуры электрической централизации крупной станции”.
В состав курсовой работы для специальности СЦБ входят:
- пояснительная записка с расчетом параметров элементов электропитающих устройств СЦБ, объемом 20-25 стр.;
- структурная схема построения электропитающих устройств систем электрической централизации 1,5-2 листа.
В состав курсовой работы для специальности связь входят:
- пояснительная записка с расчетом параметров элементов электропитания дома связи, объемом 20-25 стр.;
- структурная схема построения электропитающих устройств связи 1,5-2 листа.
Для выполнения курсовой работы необходимо не менее 10 часов.
Самостоятельная работа
| Разделы и темы для самостоятельного изучения | Виды и содержание самостоятельной работы |
| Фильтры, преобразователи частоты 50/25 Гц, Режимы работы АБ и схем выпрямителей с нагрузкой | проработка учебного материала (по конспектам лекций, учебной и научной литературе) |
| Изучение нормативов электробезопасности и классификаций электроприемников | работа с нормативными документами и законодательной базой |
| Изучение новых систем электропитания постов ЭЦ и домов связи | поиск и обзор научных публикаций и электронных источников информации |
| Расчет электропитания постов ЭЦ и домов связи по заданному варианту | выполнение курсовой работы |
| Прохождение тестов самоконтроля в системе дистанционного обучения «КОСМОС» | работа с тестами и вопросами для самопроверки; |
Учебно-методическое обеспечение дисциплины:
- литература
Основная:
- Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта/Вл.В. Сапожников, Н.П. Ковалев, В.А. Кононов, А.М. Костроминов, Б.С. Сергеев; Под ред. проф. Вл.В. Сапожникова.- М.: Маршрут, 2005.-453 с.
- Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог: Учебник для вузов ж.-д. транспорта/Почаевец В.С..- М.: Маршрут, 2003.-351 с.
Дополнительная:
3. Ф е л ь д м а н М. Б., Ч а с т о е д о в Л. А. Электропитание устройств связи железнодорожного транспорта. 2-ое издание, М., Транспорт, 1986.Т ю р м о р е з о в В. Е. Источники электропитания железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. М., Транспорт, 1989, 224 с.
4. М и х а й л о в А. Ф., Ч а с т о е д о в Л. А. Энергоснабжение устройств автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта. М., Транспорт, 1980.
5. Д м и т р и е в В. Р., С м и р н о в В. И. Электропитающие устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Справочник. М., Транспорт, 1983.
6. Р у б и н р а у т В. Е., Г о л у б ов и ч Л. Б. Устройство гарантированного питания удаленных концентраторов и электронных АТС малой и средней мощности. М., Электросвязь № 7, 1991.
7. Б о г у ч В. П., К о в а л е в Н. П., К о с т р о м и н о в А. М. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. М., Транспорт, 1991.
- материально-техническое и/или информационное обеспечение дисциплин:
1. Персональный компьютер с выходим в интернет.
2. Программное обеспечение расчета емкости аккумуляторных батарей на ЭВМ.
3. Программное обеспечение расчета коэффициентов пульсации на ЭВМ.
4. Система дистанционного обучения «Космос».
Методические указания для студентов
При изучении тем, которые студенты должны проработать самостоятельно, а также при выполнении курсовой работы необходимо использовать материал, изученный в следующих дисциплинах:
- Теория линейных электрических цепей.
- Химия.
3. Общая электротехника и электроника.
Для подготовки к занятиям в рамках выполнения самостоятельной работы рекомендуется проработать теоретический материал, изложенный в учебно-методическом пособии по выполнению контрольной работы.
Для подготовки к зачетам и экзаменам рекомендуется ознакомиться с тематикой тестов и ответить на содержащиеся в них вопросы.
Методические рекомендации для преподавателей
1. Для качественного обучения студентов по данной дисциплине следует использовать для промежуточного и итогового контроля знаний по материалам контрольной работы:
- компьютерное оборудование компьютерных классов;
- для более быстрого освоения студентами данной дисциплины желательно использовать практические занятия, на которых студенты выполняют задания преподавателя и получают первоначальные навыки самостоятельной работы;
- зачеты по контрольным работам следует принимать по результатам тестирования с использованием комплекса дистанционного обучения “Stellus”при условии устранения ими отмеченных при рецензировании недостатков, что позволяет более достоверно убедиться в степени готовности студента к экзаменам;
- при приеме экзаменов можно использовать тесты итогового контроля, состоящие из девяти вопросов по различным разделам дисциплины.
Образец текста лекций, который доступен для студентов в электронном виде.
Лекция 1
1. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
1.1. Первичные химические источники тока
Устройство, в котором химическая энергия заложенных в нем активных веществ непосредственно преобразуется в электрическую энергию при протекании электрохимических реакций, называется химическим источником тока (ХИТ).
Все химические источники тока подразделяются на первичные и вторичные. Первичный ХИТ предназначен для разового непрерывного или прерывистого разряда. Вторичный ХИТ предназначен для многократного использования за счет восстановления химической энергии активных веществ в процессе заряда. Первичными химическими источниками тока являются гальванические элементы.
Гальванический элемент представляет собой химический источник тока, состоящий из электродов и электролита, заключенных в один сосуд, предназначенный для разового или многократного использования. Токоведущей частью гальванического элемента являются электроды, находящиеся в контакте с электролитом и образующие с ним фазовую границу. Электролит – жидкое или твердое вещество, содержащее подвижные ионы, которые обеспечивают его ионную проводимость и протекание электрохимических реакций на фазовой границе с электролитом. Активная масса представляет собой смесь активного вещества элемента и веществ, обеспечивающих его заданные физико-химические свойства. Совокупность веществ и электролита, на основе которых создан элемент, называется электрохимической системой химического источника тока.
Первичный элемент, в котором электролит находится в загущенном (пастообразном) состоянии, называется сухим элементом. Наибольшее распространение получили сухие марганцово-цинковые и ртутно-цинковые гальванические элементы.
Сухие элементы марганцово-цинковой системы используются для питания малогабаритной переносной аппаратуры. По типу применяемого электролита сухие элементы подразделяются на щелочные и солевые, а по конструкции – на цилиндрические, призматические или галетные.
Ртутно-цинковые элементы превосходят марганцево-цинковые по некоторым основным электрическим характеристикам: более высокая удельная энергоемкость, стабильность ЭДС, незначительный саморазряд 3 – 5% в месяц. Механически они более прочные. Ртутно-цинковые элементы применяют для питания малогабаритной аппаратуры и миниатюрных устройств.
Для маркировки элементов и батарей химических источников тока приняты цифробуквенные обозначения, содержащие данные об электрохимической системе, типе электролита, конструкции, габаритных размерах и порядке соединения элементов и батарей. Например:
Если элемент с солевым электролитом, то перед маркировкой буква не ставится. В зависимости от работоспособности элемента при различных температурных режимах после цифрового обозначения ставятся буквы, обозначающие: У – универсальная, Х – хладостойкая, Л – летняя или Т – в тропическом исполнении.
Наиболее дешевыми в изготовлении, а потому и чаще применяемыми, являются элементы марганцево-цинковой системы. Основным преимуществом всех первичных элементов является их портативность, простота в эксплуатации, постоянная готовность к действию. К недостаткам, которые ограничивают применение первичных элементов можно отнести невозможность повторного заряда, высокое внутреннее сопротивление, сравнительно малый срок хранения. На железнодорожном транспорте их используют в основном для питания переносных радиостанций, малогабаритной аппаратуры, телефонных аппаратов системы МБ и измерительных приборов.
1.1.1. Электрические характеристики
Электродвижущая сила (ЭДС) определяется как алгебраическая разность электродных потенциалов на зажимах химического источника тока (при отсутствии тока во внешней цепи):
.ЭДС может быть измерена вольтметром с большим внутренним сопротивлением.
Напряжение определяется разностью потенциалов на зажимах химического источника тока. Первичные химические источники тока характеризуются напряжением разряда
:
,где
- ток, отдаваемый во внешнюю цепь при разряде; 
- внутреннее сопротивление химического источника тока.Различают начальное
, среднее и конечное 
напряжение разряда. Начальное напряжение – это напряжение химического источника в начале непрерывного разряда или в начале первого периода прерывистого разряда. Среднее напряжение – напряжение, измеряемое через равные промежутки времени в течение непрерывного разряда.Среднее разрядное напряжение:
,где
- время разряда.Конечное напряжение – заданное напряжение, ниже которого химический источник тока считается разряженным.
Внутреннее сопротивление химического источника тока
определяется как сумма омического и поляризованного сопротивлений:
.Омическое сопротивление складывается из омических сопротивлений электролита, электродов и других токоведущих частей и не зависит от силы тока. Поляризованное сопротивление обусловлено изменением электродных потенциалов и зависит от разрядного тока.
Емкость химического источника тока определяет количество электричества (А·ч), которое источник может отдать при разряде от начального до конечного напряжения при определенных режимах.
, а при 
.Емкость химического источника тока зависит от его конструкции, количества активных масс, режимов разряда, от разрядного тока и температуры электролита. С увеличением разрядного тока емкость, отдаваемая химическим источником тока, уменьшается, так как ухудшается процесс деполяризации, и активные массы элемента используются не полностью. При снижении температуры электролита емкость уменьшается.
Количество электричества (А·ч), которое может отдать химический источник тока при нормальных условиях разряда, указанных изготовителем, называют номинальной мощностью
.Для сравнительной оценки химических источников тока вводятся понятия удельной емкости по объему и удельной емкости по массе. Удельная емкость по объему,
равна:
,где V – объем химического источника тока.
Удельная емкость по массе ,
:
,где G – масса источника.
Для сравнения химических источников тока с разными напряжениями удобнее пользоваться понятиями удельной энергии по объему,
, 
и удельной энергией по массе, 
, 
.Саморазрядом называется потеря энергии химическим источником тока, обусловленная протеканием в нем самопроизвольных процессов. Саморазряд обычно выражают в процентах потери емкости за сутки:
,где С и
- емкости химического источника тока (А·ч) до и после хранения, соответственно; n – время хранения, сут.Основными причинами саморазряда химического источника тока являются: самопроизвольное растворение электродов в электролите – корродирование; наличие примесей на электродах и в электролите, что приводит к созданию «местных элементов», в результате чего происходят электрохимические реакции, разрушаются электроды и расходуются активные массы; несовершенство изоляции между отдельными частями элемента. Явление саморазряда неизбежно и происходит постоянно при работе химического источника тока и при его хранении.
1.2. Вторичные химические источники тока
В системах устройств питания автоматики, телемеханики и связи на транспорте широко распространены вторичные химические источники тока (аккумуляторы). Они обладают малым внутренним сопротивлением, допускают большие разрядные токи и многократное использование в течение длительного срока эксплуатации.
Аккумулятором называется гальванический элемент, предназначенный для многократного разряда за счет восстановления его емкости с помощью заряда электрическим током. Электрическая энергия, потребляемая аккумулятором при заряде преобразуется в химическую, которая легко может переходить в электрическую при разряде аккумулятора.
В зависимости от состава электролита аккумуляторы бывают кислотные и щелочные. В электропитающих установках связи и автоматики широко используют стационарные кислотно-свинцовые аккумуляторы типа С.
Аккумулятор (рис. 2.1) состоит из стеклянного или эбонитового сосуда (2) выложенного внутри листовым свинцом, блока положительных пластин поверхностной конструкции (4) из двуокиси свинца
, блока отрицательных пластин коробчатой конструкции (3) из губчатого свинца 
, электролита (водный раствор серной кислоты). 
Рис. 1.1. Кислотно-свинцовый
Чтобы исключить соприкосновение пластин разной полярности, между ними устанавливают изолирующие прокладки, называемые сепараторами, которые изготавливают из кислостойких микропористых материалов.
2.3. Принцип действия кислотно - свинцовых аккумуляторов
Электролит кислотно – свинцового аккумулятора находится в состоянии диссоциации и ассоциации. При этом часть молекул серной кислоты распадается на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка, часть молекул воды – на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислорода:
В целом раствор остается нейтральным.
Рассмотрим процессы, происходящие в аккумуляторе. При замыкании внешней цепи, в которую включено сопротивление нагрузки, по ней потечет ток, представляющий направленный поток электронов от отрицательного электрода к положительному. Четырехвалентные ионы свинца положительного электрода вступают в реакцию с отрицательными ионами кислотного остатка электролита и образуют нейтральные молекулы сульфата свинца
.Во время перемещения электронов с отрицательного электрода положительные ионы свинца также вступают в реакцию с отрицательными ионами кислотного остатка. Вследствие чего образуют нейтральные молекулы сульфата свинца
.Положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислорода у положительного и отрицательного электродов образуют нейтральные молекулы воды
.Уравнения электрохимической реакции имеют вид:
.За счет расхода серной кислоты при образовании сульфата свинца плотность электролита для аккумуляторов типа С снижается до
.Для заряда аккумулятора его подключают к источнику постоянного тока (зарядному устройству). В цепи будет протекать зарядный ток. От отрицательного полюса зарядного устройства электроны будут перемещаться к отрицательному электроду аккумулятора.
Под воздействием электронов на отрицательном электроде будет восстанавливаться губчатый свинец
. Отрицательные ионы кислотного остатка диффундируют в электролит кислотно-свинцового аккумулятора.На положительном электроде сульфат свинца расщепляется на ионы свинца и ионы кислотного остатка. Положительные ионы свинца, соединяясь с отрицательными ионами кислорода, образуют нейтральные молекулы двуокиси свинца
.Отрицательные ионы кислотного остатка, образовавшиеся в результате электрохимической реакции у положительного и отрицательного электродов, соединяясь с положительными ионами водорода диссоциированных молекул воды, образуют дополнительные молекулы серной кислоты в электролите. За счет этого плотность электролита к концу заряда аккумулятора возрастает (для аккумуляторов типа С до
).Кислотно-свинцовые аккумуляторы широко используются для питания устройств ЖАТС.
2.3.1. Электрические параметры кислотно-свинцовых аккумуляторов
Электродвижущая сила Е полностью заряженного кислотного аккумулятора определяется следующим образом:
(В),где d – показатель, зависящий от плотности электролита. Для кислотных аккумуляторов типа С d = 1,17 – для разряженного и d = 1,21 – для заряженного.
Напряжение заряда
. При заряде аккумулятора напряжение, подводимое от источника постоянного тока, должно превышать ЗДС аккумулятора на падение напряжения на его внутреннем сопротивлении:
,где
- ток заряда.При использовании источника постоянного тока во время заряда увеличивается ЭДС аккумулятора и его внутреннее сопротивление, а, следовательно, и напряжение заряда. Весь процесс заряда можно разбить на два этапа (рис. 2.2).
На первом этапе возрастает плотность электролита в порах пластин, что увеличивает ЭДС аккумулятора, а, следовательно, и напряжение заряда. На поверхности пластин положительного и отрицательного электродов образуются активные массы. Напряжение заряда достигает 2.3 В, начинается «кипение» электролита (электролиз воды с выделением пузырьков газа).
Рис. 1.2. Зависимость
от t при заряде аккумулятораНа втором этапе образование активных масс происходит в более глубоких слоях пластин. Одновременно с этим начинается более интенсивное «кипение». Пузырьки газа не успевают удаляться с поверхности пластин, за счет этого повышается переходное сопротивление электрод – электролит. напряжение заряда увеличивается до 2,7…2,8 В. Длительность заряда около 8 ч.
Окончание заряда аккумулятора определяется по ряду характерных признаков: напряжение достигает 2,7…2,8 В и в дальнейшем почти не изменяется; происходит интенсивное «кипение» электролита; плотность электролита достигает
; цвет положительных пластин становится темно-коричневым, а цвет отрицательных – серым.Напряжение разряда
аккумулятора определяется тремя значениями: начальным 
, конечным 
и средним. Среднее значение разряда аккумулятора меньше ЭДС на величину падения напряжения на его внутреннем сопротивлении:
.Таким образом, разряжать аккумулятор ниже 1,7…1,8 В нельзя, так как при более глубоких разрядах или длительном хранении аккумулятора в разряженном состоянии происходит сульфатация, т.е. на поверхности пластин образуются крупные кристаллы
, которые имеют высокое активное сопротивление и при заряде не преобразуются в и .Внутреннее сопротивление
аккумулятора равно сумме омического 
и поляризационного 
сопротивлений:.
Внутреннее сопротивление зависит от размеров и химического состава активных масс пластин. Чем больше размеры пластин, тем меньше внутреннее сопротивление. С изменением химического состава активных масс пластин при заряде и разряде аккумулятора изменяется его внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление для аккумуляторов типа С составляет:
Ом для заряженного аккумулятора
Ом для разряженного аккумулятора,где N –индексный номер аккумулятора (N = 1,2…1,48)
Емкость аккумулятора. Емкость аккумулятора зависит от числа и размеров пластин. Чем больше размеры и число пластин, тем больше емкость аккумулятора. Различают зарядную, разрядную и номинальную емкости аккумулятора.
Номинальная емкость - количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при нормальных условиях разряда, указанных для него изготовителем.
Зарядная емкость определяется количеством электричества, А·ч, которое получает аккумулятор при заряде от других источников тока.
Разрядная емкость определяется количеством электричества, которое отдает аккумулятор при разряде до конечного напряжения.
Разрядная емкость зависит от режимов разряда. С увеличением разрядного тока фактическая емкость аккумулятора уменьшается и может быть определена по эмпирической формуле:
,где
- номинальная емкость; 
- фактический и номинальный разрядные токи, соответствен; К – эмпирический коэффициент, К = 1,3…1,7.Под номинальной емкостью понимают такую емкость, которую отдает аккумулятор, разряжаясь номинальным током в течение 10 ч. При меньшем времени разряда, но при большем токе аккумулятор отдает емкость меньше номинальной.
Приняв номинальную емкость за 100 %, фактическую емкость можно выразить через коэффициент интенсивности разряда, %:
, тогда 
.Номинальная емкость аккумулятора указывается при температуре +20ºС, при изменении температуры на 1ºС емкость изменяется на 0,8 %.
Тогда с учетом температуры фактическая емкость
,где
- температурный коэффициент; t действительная температура электролита.Решив это уравнение относительно
, получим:
.Аккумуляторы характеризуются отдачей по емкости и по энергии. Отношение разрядной емкости аккумулятора к соответствующему количеству электричества, затраченному при его заряде, называется отдачей по емкости:
.Для исправного кислотно-свинцового аккумулятора
.Отношение энергии, отдаваемой аккумулятором при разряде, к энергии, затраченной при его заряде, называется отдачей по энергии, или КПД:
.Для кислотно – свинцовых аккумуляторов
.Саморазряд в аккумуляторах характеризует самопроизвольную потерю запасенной им энергии. Кроме общих причин, присущих всем химическим источникам тока, существую причины, характерные только для кислотно-свинцовых аккумуляторов:
1. Воздействие кислорода из воздуха на активные массы отрицательных пластин (губчатый свинец). На них, как и на положительных пластинах, образуется двуокись свинца, что ведет к уравниванию потенциалов электродов, что равносильно потере емкости.
2. Конструктивная. Положительные пластины имеют на своей поверхности двуокись свинца, а внутри порошок свинца. При проникновении электролита в более глубокие слои положительной пластины образуется как бы вторая пара, вследствие чего возникает ток, не протекающий во внешней цепи. Емкость при этом снижается.
3. Неравномерная плотность электролита в сосуде аккумулятора. Это создает разные потенциалы на одном и том же электроде, что вызывает появление местных токов. Емкость уменьшается. Саморазряд аккумулятора определяется также как и первичных ХИТ.
Материалы текущего, промежуточного и
итогового контроля знаний студентов
- Назначение и классификация электропитающих устройств (ЭПУ).
- Режим импульсной подзарядки аккумуляторных батарей (АБ) и выпрямительных устройств (ВУ) с нагрузкой.
- Основные параметры источников ЭПУ.
- Выпрямители для импульсного подзаряда типа БВ 24/25.
- Стабилизаторы. Стабилизаторы напряжения. Коэффициент стабилизации.
- Выпрямитель для получения импульсного подзаряда ЗБУ 12/10.
- Принцип действия параметрического стабилизатора.
- Режим непрерывного подзаряда. Периодическая буферная работа.
- Параметрический стабилизатор переменного тока на дросселе насыщения.
- преобразователи постоянного напряжения (ППН).
- Феррорезонансный стабилизатор.
- Преобразователи постоянного напряжения (ППН). Принцип действия двухтактного инвертора.
- Феррорезонансный стабилизатор с компенсационной обмоткой.
- Особенности работы транзисторов и силовых трансформаторов в преобразователях постоянного напряжения (ППН) (рассеивание мощности на транзисторе).
- Параметрический стабилизатор на кремниевом стабилитроне.
- Преобразователи постоянного напряжения (ППН) по схеме мультивибратора с индуктивными связями.
- Принцип действия компенсационного стабилизатора.
- Преобразователи постоянного напряжения (ППН) с усилителем мощности и защитой от перегрузки.
- Компенсационный стабилизатор на одном триоде.
- Преобразователи постоянного напряжения (ППН) на тиристорах.
- Компенсационный стабилизатор на составном триоде.
- Выпрямительные устройства. Типы выпрямительных схем (ВС). Коэффициент пульсации.
- Компенсационный стабилизатор с усилителем сигнала рассогласования.
- Параметры выпрямительных схем (ВС) при работе на активную нагрузку.
- Преобразователь частоты ПЧ 50/25 Гц.
- Схема однополупериодного выпрямителя однофазного тока.
- Аккумуляторы. Принцип действия кислотных аккумуляторов.
- Схема двухполупериодного выпрямителя однофазного тока.
- Параметры кислотных аккумуляторов. Типы пластин кислотных аккумуляторов. Типы кислотных аккумуляторов.
- Схема однополупериодного выпрямителя трехфазного тока.
- Щелочные аккумуляторы.
- Сглаживающие фильтры, их классификация.
- Сравнение кислотных и щелочных аккумуляторов.
- Индуктивный фильтр.
- Виды и режимы работы аккумуляторных батарей (АБ) и выпрямительных устройств (ВУ) с нагрузкой.
- Емкостной фильтр.
- ВУ для режима среднего тока типа ВАК.
- Г–образный LC-фильтр.
- Преобразователь частоты ПЧ 50/25 Гц.
- Фильтры с резонансными контурами. Цепочечное включение фильтров.