|
|
ТРАКТОРИ І АВТОМОБІЛІ, частина
ІІ Електронний підручник |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
4. ЕЛЕКТРИЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ТРАКТОРІВ І АВТОМОБІЛІВ |
||||||||||||||||||||||||||
|
4.1. Стартерні акумуляторні батареї 4.1.1.
Загальні відомості про систему електрообладнання. Джерела і споживачі електричної
енергії 4.1.2.
Призначення, загальна будова, принцип роботи, маркування стартерних
акумуляторних батарей 4.1.3.
Електроліт, його приготування і властивості 4.1.4. Хімічні
процеси, що відбуваються в
акумуляторній батареї під час розряджання і заряджання 4.1.7.
Безпека праці під час роботи з електролітом 4.1.8.
Зарядження акумуляторної батареї. Введення в дію нових батарей 4.1.9.
Основні несправності акумуляторних батарей, їх ознаки та способи усунення 4.1.1. Загальні відомості про систему
електрообладнання. Джерела і споживачі електричної енергії
Рис.
4.1.1. Схема електрообладнання автомобіля Таврія Нова,
Славута Електрична енергія відрізняється від інших видів енергії
універсальністю її застосування. Вона легко перетворюється на теплову – для запалювання робочої
суміші, механічну – для провертання колінчастого вала під час
запуску, звукову – для урухомлення вібратора звукового сигналу,
для освітлення, виконання контрольно-вимірювальних функцій, за її допомогою
можна керувати мікропроцесорами на автомобілях і тракторах, різними
технологіч¬ними операціями, безпекою руху тощо. Системи електрообладнання класифікують за струмом (постійний і
змінний), величиною номінальної напруги (12 і 24 В) та потужністю.
Найпоширенішим є електрообладнання постійного струму, яке включає механічне й
хімічне джерела струму – генератор змінного струму з
випрямлячем та акумуляторну батарею, а також споживачів, що працюють на
постійному струмі. На тракторах і автомобілях застосовують переважно однопровідну систему
електрообладнання (рис. 4.1.1) ("+"), у якій другим
проводом ("-") є корпус машини – "маса". Такий спосіб
спрощує і здешевлює конструкцію, зменшує корозію деталей. 4.1.2. Призначення, загальна будова, принцип роботи,
маркування стартерних акумуляторних батарей Стартерні акумуляторні батареї на тракторах і автомобілях
призначені для живлення електричним струмом стартера під час пуску двигуна та
інших споживачів (освітлення, система запалювання, звукова сигналізація тощо)
за непрацюючого двигуна, а також коли двигун працює
з низькою частотою обертання і потужність генератора недостатня для живлення
підєднаних
електроспоживачів. Акумуляторні батареї є електрохімічними джерелами струму, в яких під
час заряджання електрична енергія від зовнішнього дже¬рела струму використовується
на утворення хімічних сполук, а під час розряджання хімічна енергія
перетворюється на електричну як результат переходу хімічних сполук у
їх початковий стан. Залежно від компонентів, що беруть участь в
електрохімічних процесах, і акумулятори поділяють на лужні і кислотні.
Рис.
4.1.2. Стартерна
акумуляторна батарея Аmega: 1
– фільтр для гасіння полум’я (захист від вибуху); 2 – блок пластин; 3
– сепаратор конвертного типу; 4 – позитивна пластина; 5 – решітка пластини На сучасних тракторах і автомобілях застосовують переважно
свинцево-кислотні акумуляторні батареї як хімічне джерело електричного струму
багаторазової дії. Акумуляторна батарея складається з бака 1 (рис. 4.1.3), позитивних 14 і
негативних 16 пластин, відлитих у вигляді ґраток із свинцю, до якого додають
6 – 8% сурми для збільшення міцності. Ґратки пластин
заповнюють з обох боків активною масою. Активна маса негативних пластин являє
собою порошок свинцю, а позитивних – свинцевого сурику і свинцевого глету з домішками, які збільшують пористість
виготовлених пластин. Порошок замішують на водному розчині
сірчаної кислоти і у вигляді пасти вмащують у отвори ґраток. Позитивні 14 і негативні 16 пластини зібрані в пакети за допомогою
з’єднувальних бареток 13 і 9 з вивідними клемами 10 і 12. Пакети пластин
з’єднують в блоки, розташовуючи позитивні пластини між
негативними, тому негативних пластин в блоці на одну більше, ніж позитивних.
Між кожною парою пластин для ізоляції встановлюють перетинки з отворами – сепаратори 15. Крізь ці отвори до пластин вільно
поступає електроліт. Блоки пластин встановлюють в бак 1.
Рис.
4.1.3.
Стартерна свинцево-кислотна акумуляторна батарея: 1 – бак; 2 – заливний
отвір; 3, 8 – вивідні клеми
акумуляторної батареї; 4 – перетинка; 5 – захисна
мастика; 6 – пробка; 7 – накривка; 9, 13 – баретки
негативних і позитивних пластин; 10, 12 – клеми
акумуляторів; 11 – запобіжний
щиток; 14, 16 – позитивна і
негативна пластини;15 – сепаратор; 17 – перетинки; 18 – ребра Всередині загального корпусу бака 1 виконано перетинки 17, розділяючи
бак 1 на ізольовані одна від одної банки. В банки на ребра 18 встановлюють
блоки пластин. Ребра утворюють простір між днищем бака 1 і блоком пластин. Під час експлуатації батарей цей
простір заповнюється активною масою, що випадає з пластин. Завдяки цьому
простору запобігають короткому замиканню між пластинами. Банки
закривають накривками, які мають отвори для заливання
електроліту і контролю його рівня. Акумуляторні батареї мають маркування, наприклад, ЗСТ- 215ЭМЗТ,
6СТ-75ЭМ-В, 6ТСТ-50ЭМСЗ. Цифри 3 або 6 вказують кількість послідовно
з’єднаних акумуляторів у батареї. Напруга одного акумулятора становить 2 В,
тому номінальна напруга батареї відповідно дорівнює б або 12В. Літери СТ означають, що це батарея
стартера з пластинами товщиною 2,05/1,8 мм. Такі батареї використовують, переважно, для пуску
карбюраторних двигунів автомобілів і пускових двигунів дизелів. Літери ТСТ свідчать, що батарея
стартерна, з пластинами товщиною 2,5/2,05 мм і подвійними сепараторами
підвищеної надійності. Такі батареї призначені для роботи у тяжких умовах на
тракторах, де пуск дизеля здійснюється електричним стартером. Цифри 45, 50,
55, 60, 65, 75, 80, 82, 90, 95, 105, 128, 132, 150, 182, 190, 215 показують
номінальну ємність батареї за 20-годинному режимі
розряджання в ампер-годинах (А/год). Букви після цифр означають:
перша – матеріал, з якого виготовлений бак батареї (Е – ебоніт, Т – термопласт, П – пластмаса асфальтопекова); друга і третя – матеріал, з якого виготовлено сепаратори (Р – міпор, М – міпласт, С – скловолокно); третя або четверта літери: В – до активної маси пластин
додається синтетичне волокно; 3 – батарея виготовлена у
сухозарядженому вигляді; Н – у несухозарядженому вигляді;
Т – для роботи в
тропічному кліматі. 4.1.3. Електроліт, його приготування і властивості Електроліт для свинцево-кислотних акумуляторних батарей
виготовляють із сірчаної кислоти (ГОСТ 667-73) і дистильованої води високого
рівня чистоти (ГОСТ 6709-72) в кислотостійкому (ебонітовому, керамічному, пластмасовому або
свинцевому) посуді. У разі порушення цієї вимоги прискорюється
саморозряджання і руйнування пластин та зменшується їхня ємність. Не
рекомендується також застосування скляного посуду, оскільки він може тріснути
внаслідок сильного нагрівання під час змішування сірчаної кислоти з дистильованою водою. Під час приготування електроліту сірчану кислоту наливають тоненькою
цівкою у воду, водночас помішуючи розчин
чистою скляною паличкою. Не можна наливати воду в кислоту, оскільки вода
майже вдвічі легша і розтікається по поверхні кислоти, не змішуючись з нею.
При цьому у верхньому шарі розчину виділяється велика кількість теплоти,
електроліт розбризкується, що може спричинити опіки тіла. У разі випадкового
потрапляння електроліту на тіло його слід негайно змити великою кількістю
води. У виробничих умовах електроліт, зазвичай, готують з використанням
проміжного розчину густиною 1,4 г/см3, оскільки за
таких умов на охолодження приготовленого з нього електроліту вже
потрібної густини витрачається менше часу. 4.1.4. Хімічні процеси, що протікають в акумуляторній
батареї під час розряджання і заряджання У процесі розряджання акумулятора (рис. 4.1.4 б) активна маса позитивних
пластин перетворюється з пероксиду свинцю РbО2 темно-коричневого
на сульфат свинцю РbSO4 коричневого
кольору, а негативних – з губчастого свинцю Рb сірого на РbSO4
світло-сірого кольору. Як результат цього густина електроліту зменшується з 1,25 – 1,31 до 1,09 – 1,15 г/см3 за повного розряджання акумулятора, а його
внутрішній опір зростає в кілька разів. Під час розряджання акумулятора в
зовнішній мережі безперервно підтримується напрямлений рух вільних
електронів, а в електроліті – напрямлений рух іонів між
пластинами.
Рис.
4.1.4. Схема роботи свинцево-кислотного акумулятора: а
– заряджання; б – розряджання Для заряджання акумулятор паралельно підєднують до мережі джерела струму
(генератора чи випрямляча), напруга якого більша від ЕРС батареї. При цьому
клему “плюс” батареї з’єднують з позитивним виводом джерела струму, а “мінус”
– з негативним. У процесі заряджання активна маса негативних пластин (рис. 4.1.4 а) з РbSO4 повертається у попередній стан – у губчастий свинець Рb, а
позитивних пластин – у пероксид свинцю РbO2 і густина електроліту
збільшується. Якщо при цьому густина електроліту перестає збільшуватися, – це ознака закінчення процесу
заряджання батареї. У разі продовження заряджання акумулятора відбуватиметься
лише розщеплення води на водень і кисень, які виділяються з електроліту, – створюється ефект “кипіння”.
Рис.
4.1.5. Робочий процес акумуляторної батареї 4.1.5. Електричні показники акумулятора: ємність,
електрорушійна сила, напруга, саморозрядження, коефіцієнт електричної віддачі Основні електричні характеристики стартерних акумуляторів – це електрорушійна сила (ЕРС), внутрішній опір, напруга на клемах, ємність і коефіцієнт електровіддачі. Якщо
акумулятор перебуває в стані спокою, електрорушійна сила його майже не
залежить від ступеня розряджання пластин, однак істотно залежить від густини
електроліту і незначно – від його температури. ЕРС обчислюють за формулою: Е0 = 0,84 + уе, де: уе – густина електроліту за температури 15°С. Густина електроліту залежно від стану акумулятора може становити від
1,09 до 1,27 г/см3, тому ЕРС спокою дорівнює відповідно: 1,93 – 2,15 В. Внутрішній опір акумулятора залежить від розміру та кількості пластин,
віддалі між ними, пористості сепараторів, густини й температури електроліту і
перебуває в межах 0,01 – 0,015 Ом за зарядженого акумулятора. В процесі розряджання
акумулятора густина і провідність електроліту зменшується, що призводить до
зростання його внутрішнього опору до 0,02 Ом. Величина внутрішнього опору
акумулятора впливає на максимальну силу струму під час пуску двигуна
стартером. Напруга на клемах акумуляторної батареї залежить від її внутрішнього
опору і величини розрядного чи зарядного струму. Її визначають, наприклад,
під час розряджання за формулою: Up = Ep - Iprb =
Ip R, де: Ер – ЕРС батареї під
час розряджання; Ір – розрядний струм; rб – внутрішній опір акумуляторної
батареї; R – опір зовнішнього
навантаження. Напруга зовнішнього джерела струму на клемах акумулятора під час
заряджання Uз має перевищувати ЕРС на величину внутрішнього
спаду напруги (І3 rб), тобто: U3 = Е3 + І Зrb, де: І3 – зарядний струм. Ступінь розряджання акумулятора визначають за величиною напруги шляхом
випробування під навантаженням упродовж 5 с за допомогою навантажувальної
вилки із зовнішніми чи акумуляторного пробника з внутрішніми між елементними
з’єднаннями акумуляторної батареї. Ємність акумулятора і батареї загалом – це кількість електроенергії
в ампер-годинах, яку можна одержати від повністю зарядженої батареї під час
безперервного розряджання струмом постійної величини до певної межі. Ємність розраховують за формулою: Ср = Ір tp, де: Ір – розрядний струм, A; tp – тривалість розряджання, год. Ємність
акумулятора залежить від таких основних чинників: 1) кількості пластин і пористості
активної маси; 2) сили розрядного струму; 3) температури і густини
електроліту; 4) хімічної чистоти матеріалів, з
яких виготовлено пластини і електроліт; 5) тривалості роботи пластин. Залежно від режиму розряджання ємність поділяють на номінальну і
стартерну. Номінальну ємність визначають у режимі 20-годинного розряджання до
напруги 1,75 В за середньої температури електроліту:
25 ± 20 °С та початкової його густини: 1,285 г/см3
розрядним струмом: І = 0,05А. Стартерну ємність визначають за
температур + 30 °С та – 18 °С. При цьому розрядний струм
має бути втричі більшим від номінальної ємності батареї. Коефіцієнт електричної віддачі характеризує ступінь можливого
використання електроенергії, яку отримує акумулятор під час заряджання. Його
можна визначити співвідношенням ампер-годин під час розряджання та заряджання,
тобто:
де: Ір і І3 – відповідно розрядний і
зарядний струми; р і tз – тривалість розряджання і
заряджання, k = 0,75 – 0,85. 4.1.6. Перевірка
технічного стану акумуляторної батареї. Перевірка рівня і густини
електроліту, доведення їх до норми Перевіряють технічний стан акумуляторної батареї в
ході її експлуатації вимірючи рівень електроліту скляною трубкою 1
(рис. 4.1.6 а), густини – ареометром з денсиметром чи густиноміром (рис. 4.1.6 б, 4.1.8), напруги та
електрорушійної сили – навантажувальною вилкою чи акумуляторним
пробником (рис. 4.1.7).
Рис. 4.1.6. Прилади для перевірки технічного стану
акумуляторної батареї: а – рівня
електроліту; б – напруги; в – густини електроліту; 1 – скляна трубка; 2 – навантажувальна
вилка; 3 – ареометр (денсиметр) Навантажувальна вилка призначена для перевірки батарей ємністю від
40 до 135 А-год, а акумуляторний пробник – для батарей з прихованими
міжелементними з’єднаннями ємністю 45 – 190 А
год. Для вимірювання напруги акумуляторів ємністю до 65 А-год у
наванта-жувальній вилці вмикають один резистор з опором 0,019 Ом і через нього протікає
струм до 100 А. Під час перевірки акумуляторів ємністю від 65 до 100 А•год.
вмикають інший резистор з опором 0,0115 Ом, який забезпечує проходження
струму до 160 А. У разі більшої ємності акумуляторів (110 – 135 А•год.)
вмикають два резистори (сумарний опір 0,00715 Ом), чим досягається розрядний струм 260 А.
Під час вимірювання ЕРС додаткові опори не вмикають і напруга на вольтметрі
характеризує ступінь розряджання акумулятора відносно початкової густини
електроліту.
Рис.
4.1.7. Навантажувальна вилка НВ-01, 12 В
Рис.
4.1.8. Перевірка густини електроліту ареометром Покази вольтметра навантажувальної вилки з ввімкненим опором знімають упродовж 5
с. Якщо вони хоча б на одному акумуляторі відрізняються від інших на 0,1 В або впродовж 5 с напруга спадає нижче 1,4 В, це означає,
що батарея несправна і потребує ремонту. У разі випробування акумулятора пробником вмикають резистор опором 0,1
Ом і, якщо покази вольтметра становлять менш як 8,9 В, батарею вважають
сильно розрядженою або несправною. Таблиця 1 Показники розряджання акумуляторних батарей
Ступінь розряджання акумулятора можна визначити й за густиною
електроліту, використовуючи вищенаведені її значення (див. табл. 1). Для
цього використовують денсиметр, розміщений у скляній піпетці 9 (рис. 4.1.8.),
або густиномір (див. рис. 4.1.9.).
Рис.
4.1.9. Густиномір У піпетку за допомогою груші набирають електроліт і за позначками
денсиметра, який спливає в піпетці, визначають густину. Точність показів
підвищується, якщо перед вимірюванням 2 – 3 рази наповнити піпетку
електролітом і вилити його. У разі використання густиноміра густину електроліту визначають за
останнім поплавком, який спливає і проти якого на прозорому корпусі розміщено напис з більшим значенням
густини. Для визначення густини електроліту в необслуговуваних акумуляторах
встановлено індикатори у вигляді вічка (див. рис.
4.1.10.). У разі зменшення ступеня зарядженості нижче певної межі змінюється
колір видимої плями індикатора.
Рис.
4.1.10. Індикатор ступеня зарядженості акумуляторної батареї У необслуговуваних батареях рівень електроліту перевіряють за
позначками “MIN” і “МАХ”, нанесеними на напівпрозорий корпус моноблока. У сучасних стартерних акумуляторних батареях вмонтовано індикатор
заряду акумулятора, який показує рівень електроліту та рівень заряду (рис.
4.1.11).
Рис.
4.1.11. Індикатор рівня електроліту та рівня заряду 4.1.7.
Безпека праці під час роботи з електролітом Перед початком роботи необхідно перевірити освітленість робочого місця
і роботу систем вентиляції, наявність протипожежного інвентарю. Під час роботи з кислотою потрібно одягти гумові чоботи (під
штани) або калоші, гумовий фартух, захисні окуляри і гумові рукавиці. Переносити бутлі з кислотою, лугом і електролітами слід вдвох. Бутлі мають бути надійно закріплені на
носилках або інших пристроях, закриті притертими короками
і зберігатися в окремому
приміщенні, яке провітрюється. Переливати кислоту із бутля в посуд
з водою потрібно вдвох, не виймаючи бутель з корзини, застосовуючи
спеціальне пристосування для закріплення і нахилу бутля. Заливати акумуляторні
батареї слід за допомогою гумового шланга чи насоса для перекачування
електроліту. Готувати кислотний електроліт потрібно в спеціальних посудинах
(керамічних, пластмасових тощо). Щоб запобігти кипінню та розбризкуванню
кислоти під час приготування електроліту, кислоту слід виливати у воду (а не воду в кислоту) тонкою рівною безперервною
цівкою, водночас перемішуючи електроліт мішалкою із
кислотостійкої пластмаси чи скла. Не дозволяється в електроліт додавати воду. Заливати кислоту і готувати електроліт потрібно в
захисних окулярах і гумових рукавичках (див. рис. 4.1.12).
Рис
4.1.12. Засоби індивідуального захисту 4.1.8.
Зарядження акумуляторної батареї. Введення в дію нових батарей Після заповнення електролітом нової батареї звичайної конструкції до
рівня 10 – 15 мм над захисним щитком її витримують для
насичення пластин упродовж 3 год для сухозаряджених батарей (4 – 6 год – для незаряджених) і
заміряють густину електроліту. Якщо його густина знизилася менш ніж на 0,03 г/см3
порівняно з початковою, такий акумулятор можна експлуатувати. У разі більшого
зменшення густини електроліту батарею слід заряджати. У процесі насичення
пластин і сепараторів рівень електроліту в батареї знизиться. Тому перед
установленням батареї на машину потрібно довести його до норми, доливаючи
електроліт тієї самої густини, що й на початку
заливання.
Рис.
4.1.13. Зарядний пристрій АКБ Заряджають свинцевий акумулятор, зазвичай, від джерел постійного струму. Для цього придатні будь-які випрямлячі з можливістю
регулювання вихідного струму або напруги. Сучасні необслуговувані батареї не вдасться зарядити на всі 100%, якщо
пристрій для заряджання акумулятора не забезпечує можливість
збільшення вихідної напруги до 16 В. Пристрій для заряджання акумулятора автомобіля оснащений
двома клемами (+ і -) (див. рис. 4.1.13.). Для заряджання клеми під’єднується до акумулятора
відповідно: плюс до плюса, мінус до мінуса (див. рис. 4.1.14.).
Рис.
4.1.14. Під’єднання акумуляторної батареї до зарядного пристрою Найчастіше акумуляторні батареї заряджають за сталої сили струму на зарядній станції
(переважно під час введення в дію нових батарей) або за постійної напруги. Заряджають за сталої сили струму після насичення пластин
електролітом. На першому етапі струм має становити 0,1 А, і батарею
заряджають до появи інтенсивного газовиділення в усіх акумуляторах. Після
цього зарядний струм зменшують на 50 % і продовжують заряджання за інтенсивного газовиділення, доки напруга (2,7 В на кожному акумуляторі) та густина електроліту
залишатимуться незмінними впродовж 3 год. Із закінченням заряджання перевіряють густину електроліту та його
рівень і доводять до величини, визначеної для певної кліматичної зони. У разі
перевищення встановленої густини електроліт відбирають гумовою грушею і додають дистильовану воду), а за нижчой – доливають електролітом
густиною 1,4 г/см3. Після доливання води чи електроліту
продовжують заряджання впродовж 30 хв. Перевагою такого способу є можливість встановлення різної величини
струму й коригування його під час заряджання. Проте як недоліки слід назвати
необхідність стежити та регулювати впродовж усього часу заряджання силу струму,
тривалий час цього процесу, значні втрати електроенергії на реостатах. Заряджають за постійної напруги безпосередньо на
тракторах чи автомобілях, де напругу встановленої величини на
клемах генератора підтримують регулятором напруги. В стаціонарних
умовах такий зарядний пристрій встановлюють на напругу 2,3 – 2,4 В
на кожний акумулятор або 13,8 – 14,4 В для 12-вольтової
батареї. На початку заряджання у такий спосіб зарядний струм
досягає великих значень і у повністю розрядженому акумуляторі кратність
дорівнює 1 – 1,5 його ємності. Зі збільшенням ЕРС
акумуляторної батареї зарядний струм автоматично швидко зменшується і досягає
нуля. При цьому батарея заряджається на 90 – 095 %. Заряджання закінчується за мінімального газоутворення і нижчої температури
електроліту, що запобігає руйнуванню активної маси пластин і корозії граток позитивних пластин. До переваг такого способу належить короткий час заряджання. Однак у
цьому випадку неможливе повне заряджання батареї, оскільки за напруги 2,3 – 2,4 В
на один акумулятор заряд припадає тільки на початку газовиділення. З цих причин рекомендовано 1 – 2 рази на рік заряджати
акумуляторну батарею на зарядній станції в акумуляторному цеху ремонтної
майстерні. 4.1.9.
Основні несправності акумуляторних батарей, їх ознаки та способи усунення Таблиця 2 Основні
несправності акумуляторних батарей, їх ознаки та способи усунення
Питання
для самоконтролю 3. Для чого
призначений електроліт, та як його приготувати? Які властивості має електроліт? 5. Які
існуть електричні показники акумуляторної батареї? 7. Які
існують вимоги безпека праці під час роботи з електролітом? 9. Які бувають основні несправності акумуляторних батарей, їх ознаки
та способи усунення? |
|||||||||||||||||||||||||||
