Практическая работа № 10
«Проверка заряда аккумуляторной батареи, уровня и плотности электролита»

Цель работы:

получить практический опыт проверки заряда, уровня и плотности электролита аккумуляторной батареи;

изучить порядок проверки заряда, уровня и плотности электролита аккумуляторной батареи.

Оборудование: аккумуляторная батарея, уровнемер, ареометр, аккумуляторный пробник (нагрузочная вилка), резиновые перчатки, резиновый фартук, очки.

КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

 Электрическим аккумулятором (элементом) называется хими­ческий источник тока, способный накапливать (аккумулировать) подведенную к нему при заряде электрическую энергию и при не­обходимости отдавать эту энергию во внешнюю цепь. Аккумуля­торные батареи, установленные на тепловозах, предназначены для питания током тягового генератора при пуске дизеля, цепей управ­ления и освещения при неработающем вспомогательном генерато­ре, а также для питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора до перехода его на самовозбуждение. После включения в работу вспомогательный генератор питает все низковольтные цепи тепловоза и одновременно заряжает аккумуляторную бата­рею.

Аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединен­ных элементов, работа которых основана на способности электрической энергии преобразовываться в химическую и, наоборот, хи­мической энергии преобразовываться в электрическую. На тепло­возах применяют свинцовые (кислотные) и железоникелевые (ще­лочные) аккумуляторы, отличающиеся друг от друга материалом пластин и составом электролита.

Устройство и принцип действия. Простейший свинцовый акку­мулятор представляет собой сосуд с раствором серной кислоты (электролитом), в которую погружены две свинцовые пластины (электроды). Под действием серной кислоты свинцовые пластины покрываются тонким слоем сернокислого свинца. Пластины под­вергаются формовке, т. е. электролитической обработке током, про­пускаемым через эти пластины.

Во время заряда ток от внешнего источника подводится к положительной пластине и проходит по электролиту к отрицательной пластине. Сернокислый свинец на отрицательной пластине восста­навливается в губчатый свинец, а на положительной пластине пре­вращается в двуокись свинца. При этом образуется серная кислота, а так как на ее образование расходуется вода, то плотность элект­ролита повышается. Аккумулятор после заряда приходит в то же состояние, в каком он находился до разряда.

Обычно в кислотных аккумуляторах отрицательные пластины изготовляют из свинца с примесью сурьмы, придающей пластинам прочность. Положительные пластины  делают из чистого свинца. В качестве электролита применяют раствор химически чи­стой серной кислоты в дистиллированной воде.

Во время заряда напряжение аккумулятора изменяется. В на­чале заряда напряжение элемента почти не изменяется, а к концу заряда поднимается до 2,6—2,7 В, при этом около пластин интен­сивно выделяются газы (аккумулятор кипит). После отключения аккумулятора от источника тока напряжение элемента быстро снижается до 2,1—2,2 В.

Во время разряда напряжение аккумулятора быстро падает до 2 В, а затем медленно уменьшается до 1,8 В. Если продолжать раз­ряд дальше, то напряжение начнет резко падать. Чтобы избежать повреждения аккумулятора, при напряжении 1,7 В разряд прекра­щают. В период разряда плотность электролита снижается, что объясняется образованием воды при происходящих реакциях, это приводит к уменьшению э. д. с. элемента. При заряде аккумуля­тора совершается обратный процесс.

Напряжение аккумулятора зависит от температуры электролита_; так как с ее понижением возрастает внутреннее сопротивление элемента.

Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое можно получить от полностью заряженного аккумулятора при разряде до минимально допустимого напряжения на зажимах. Емкость аккумулятора равна произведению разрядного тока на время разряда и выражается в ампер-часах.

Емкость аккумулятора определяется следующими факторами:

а) количеством активной массы пластин, т. е. размерами   эле­мента: чем больше размеры пластин, тем выше емкость;                           

    б) разрядным током: чем меньше ток, тем больше емкость;      

в) плотностью электролита: чем больше в растворе серной кис­лоты, тем выше емкость; следует заметить, что   при   значительной плотности электролита происходит   быстрое   закупоривание пор пластин и емкость батареи может уменьшиться;

г) температурой электролита: с повышением температуры ем­кость возрастает, так как электролит лучше проникает в поры пла­стин.

 Однако при температурах 40—50ºС сокращается срок служ­бы

аккумуляторов (быстро разрушаются отрицательные пластины).

Количество электричества, или энергии, которое отдает в цепь аккумулятор при разряде, всегда меньше, чем полученное им при заряде. Часть энергии расходуется на нагревание электролита и химические процессы. Отношение количества электричества в ам­пер-часах, отданного при разряде аккумулятора (емкости), к по­лученному при заряде количеству электричества называется коэф­фициентом отдачи аккумулятора по емкости. Для кислотных акку­муляторов эта величина равна 90—95%.

Коэффициентом отдачи аккумулятора по энергии (т. е. коэффи­циентом полезного действия) называется отношение количества энергии в киловатт-часах, отданной при разряде, к количеству энер­гии, затраченной при заряде аккумулятора. Для кислотных акку­муляторов к.п.д. составляет 70—80%.

Порядок выполнения работы:

1. Убедиться в прочности крепления элементов батареи в ящиках, исправности перемычек и отсутствие течи электролита.

2. Проверить уровень электролита. Уровень электролита определить уровнемером – стеклянной трубкой диаметром 5 – 6 мм с риской на высоте 5 и 12 мм. Для проверки опустить в отверстие элемента стеклянную трубку до предохранительной сетки и закрыть перед выемкой свободное отверстие трубки пальцем. Уровень электролита должен быть на 5-12 мм выше верхней кромки пластин (рисунок 11.1).

3. Замерить плотность электролита. Плотность измерять ареометром. Прибор состоит из стеклянного сосуда 2 цилиндрической формы (рисунок 11.2), на верхнюю часть которого надета резиновая груша 1, а в нижнюю вставлена резиновая трубка 4. Внутри сосуда помещен ареометр 3. Сжав резиновую грушу, погрузить трубку в электролит. Ослабив грушу, всосать электролит в стеклянный сосуд. После всплытия ареометра по его шкале на уровне электролита отсчитать плотность в граммах на кубический сантиметр. Состав электролита для кадмиево-никелевых аккумуляторов в зависимости от температуры воздуха и его плотность приведены в таблице 11.1.

Таблица  11.1 – Состав электролита

4. Измерить напряжение на зажимах элементов батареи. Для измерения напряжения использовать пробник (рисунок 11.3). Для этого согнутый щуп пробника установить на положительный полюс элемента и плотно прижать острие щупов к полюсным выводам. Вольтметр обычно при этом показывает напряжение 1,1 – 1,3 В ненагруженного аккумулятора. Затем необходимо нажать на кнопку выключателя, подключая тем самым нагрузочный резистор, и держать так не более 5с. Если аккумулятор разряжен, то напряжение его нагрузкой быстро падает до 1В и ниже. Элементы с напряжением ниже 1В в эксплуатацию не допускаются.

Рисунок 11.3 - Схема включения нагрузочной вилки:

1 – щупы; 2 – выключатель; 3 – вольтметр; 4 – нагрузочный резистор

Таблица 11.2 – Результаты измерений

Содержание отчёта:

1.   Описать порядок проверки заряда, уровня и плотности электролита аккумуляторной батареи.

2.     Заполнить таблицу 11.2.

3.     Сделать вывод о пригодности аккумуляторной батареи в эксплуатации

4.     Письменно ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.     Перечислите основные неисправности аккумуляторных батарей.

2.     Как проверить уровень электролита?

3.     Как проверить плотность электролита?