Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ВЫБОР ИСТОЧНИКА ТОКА ДЛЯ ПУСКОВОГО РЕЖИМА ГЕНЕРАТОРА

Тепловые батареи источник тока

Библиографическая ссылка на статью:
Турышева А.В. Выбор источника тока для пускового режима генератора // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2014/05/3865 (дата обращения: 17.12.2021).

В настоящее время широкое применение получили различные типы накопителей энергии. Они используются в качестве стартера для привода генераторов, буферов при сбросе-набросе нагрузки, дополнительных источников тока при обеспечении энергией особой группы 1-й категории электроприемников в случае провала напряжения.

Аккумуляторная батарея включает в себя несколько элементов, электрическая энергия в которых возникает в результате протекания химической реакции. Существуют несколько вариантов соединения элементов: последовательное, параллельное и смешанное. Каждый из них применяется на практике в зависимости от требований потребителя – необходимого значения емкости или величины выдаваемого на зажимах напряжения [1, Вайнел, с. 12].

При использовании аккумуляторной батареи в качестве источника тока при запуске генератора от преобразователя частоты расчет емкости накопителя, обеспечивающего нужное время резервирования, можно осуществлять по формуле:

(1)

где Pнагр – средняя мощность нагрузки, Вт; =0.8-0.85 – к.п.д. преобразования постоянного тока в переменный с помощью инвертора ; Uаб – напряжение АБ; Cак – необходимая емкость, Ач; tР – необходимое время работы (разряда), ч; KР – рекомендуемый коэффициент глубины разряда аккумулятора – 0,5 – 0,7 (50-70%); Kg – коэффициент доступной емкости: при получасовом режиме разряда – 0,4 (40%); при одночасовом режиме разряда – 0,5 (50%); при двухчасовом режиме разряда – 0,65 (65%;) при десятичасовом режиме разряда – 1,0 (100%) [2, Курзуков , с.18].
Для выбора необходимого типа аккумуляторной батареи проведен сравнительный анализ наиболее распространенных типов химических источников тока [3, Багоцкий, с. 54], результаты которого представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики перезаряжаемых химических источников тока

Перезаряжаемые источники тока

Значительное снижение емкости при увеличении тока заряда

Токи заряда до 3-8 С. Возможен быстрый заряд

Токи заряда до 2-5 С. Возможен быстрый заряд

Циклирование с разной глубиной заряда

-20°С – 70%С (небольшие токи нагрузки), 50%С (большие токи нагрузки)

-20°С -80%С (небольшие токи нагрузки), 60%С (большие токи нагрузки)

-20°С – 90%С (небольшие токи нагрузки), 40%С (большие токи нагрузки)

20°С – 60/70%С (небольшие токи нагрузки), 40%С (большие токи нагрузки)

Из приведенных данных видно, что наилучшими удельными характеристиками обладают литий-ионные аккумуляторные батареи, способные работать с высокой величиной напряжения единичного элемента равной 3,6 В, что позволяет значительно снизить массогабаритные показатели систем. К недостаткам следует отнести высокую стоимость и низкую надежность, так как для работы необходимы специальные схемы и управляющие ключи, ограничивающие номинальное напряжение на каждом элементе в течение заряда, а также датчики температуры и тепловые предохранители, препятствующие перегреву батареи.

Никель-металлогидные источники тока позволяют обеспечить 90% от номинальной емкости при небольших токах нагрузки, однако обладают самой большой величиной саморазряда в течение месяца, что вызывает дополнительные трудности в процессе эксплуатации и уменьшают срок работоспособности.

Никель-кадмиевые батареи способны к быстрому заряду в течение 15 мин, обеспечивают нагрузку большим током даже при – 20°С (60% от номинальной емкости), имеют самый широкий температурный диапазон работы, но обладают «эффектом памяти» – при зарядке аккумуляторной батареи не достигшей полного разряда снижается емкость, в последствии этого химический источник тока перестает держать заряд [4, Коровин Н. 46].

Читайте так же:
Тепловое действие электрического тока короткого

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (СКБ) обладают самыми низкими энергетическими характеристиками по сравнению с другими источниками тока, однако являются наиболее безопасными и экономичными для работы в качестве стационарного источника питания, кроме того, обеспечивают высокую надежность работы при значительных перепадах температур. Необходимо учесть, что саморазряд СКБ в 6 раз меньше по сравнению с никель-кадмиевыми батареями и в 10 раз ниже относительно никель-металлогидридных аккумуляторов, следовательно, 40% саморазряд от запасенной энергии у СКБ произойдет приблизительно за год, у никель-кадмиевой батареи через три месяца, никель-металлогидридного аккумулятора – через месяц [5, Коровин, с.42; 6, Андреев, с.54.].

Заряд СКБ, должен осуществляться в режиме, при котором ток должен сильно уменьшаться к концу процесса. Используется несколько стратегий заряда, которые требуют оборудования разной сложности и стоимости. Например, он может осуществляться при постоянном токе 0,1 С на первом этапе и при постоянном напряжении источника тока на втором (рис. 1). Большинство производителей рекомендуют проводить заряд циклируемых батарей при постоянном напряжении 2,4-2,45 В на аккумулятор. Ускорение данного процесса достигается при увеличении тока на первой стадии заряда, но в соответствии с рекомендациями производителей не более чем до 0,3 С. В отличие от щелочных источников тока, производители не рекомендуют производить гальваностатический заряд (при постоянном токе), свинцово-кислотных батарей.

Рисунок 1 – Плавающий режим подзаряда аккумуляторов в источнике бесперебойного питания.

На срок службы аккумуляторов наибольшее влияние оказывают: режим эксплуатации: режим и глубина разряда, продолжительность паузы между зарядом и разрядом; рабочая температура, периоды эксплуатации и хранения.

Рассмотрим особенности работы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. На рисунке 2 показано изменение срока службы в зависимости от глубины разряда. На рисунке 3 приведена зависимость срока эксплуатации источника тока от режима его заряда.

Рисунок 2 – Зависимость срока службы герметизированных свинцово-кислотных АБ от глубины разряда (при 20-25 °С).

Рисунок 3 – Влияние режима заряда на срок службы герметизированных свинцово-кислотных АБ при эксплуатации в буферном режиме.

Из рисунка 3 видно, что при многократных переразрядах снижается разрядная емкость и уменьшается срок службы. Такие же изменения могут происходить и при длительном хранении батарей в разряженном состоянии.

На рисунке 4 показано изменение величины наработки в циклах никель-кадмиевых батарей SAFT стандартной серии в зависимости от глубины разряда аккумуляторов.

Ni-Cd аккумуляторы обладают достаточно хорошей устойчивостью к случайным переразрядам.

Рисунок 4 – Наработка герметичного Ni-Cd аккумулятора SAFT стандартной серии при различной глубине разряда током 0,2 С.

Анализ характеристик свинцово-кислотных и Ni-Cd АБ, приведенных на рисунках 2 и 4 соответственно, показывает способность последних выдерживать большее количество циклов зарядки-разрядки.

На основании выполненного анализа АБ различных типов для обеспечения запуска и работы генератора рекомендуется использовать свинцово-кислотный источник тока, способный выдерживать большие импульсы тока нагрузки, допускающий работу на плавающем заряде в течение длительного времени.

Однако, длительное хранение аккумуляторной батареи без обеспечения периодического заряда вызывает саморязряд источника тока, который значительно усиливается при увеличении температуры (рис.5).

Рисунок 5 – Саморазряд аккумуляторной батареи Casil [7]

Длительное хранение разряженного аккумулятора приводит к растворению сульфата свинца в электролите до полного насыщения, а затем его выпадению крупными кристаллами на поверхность анода и катода, образуя слой, изолирующий пластины от электролита. Поскольку сульфат свинца является диэлектриком, то остаточная емкость батареи значительно снижается. Следовательно, обязательным условием при использовании аккумуляторной батареи является недопущение сульфатации.

Читайте так же:
Автоматический выключатель с тепловой защитой что это

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:

&copy 2021. Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии».

Химические источники тока — аккумуляторы

Для альтернативной энергосистемы необходимо выяснить, какой из методов сохранения энергии подходит для частного (бытового) использования, разобраться в его принципе и подобрать подходящий.

аккумулятор

Как несложно убедиться, изучив многочисленные ресурсы, посвященные системам альтернативной энергетики, для накопления электрической энергии в бытовых системах наиболее популярны электрохимические аккумуляторы. Это обусловлено многими факторами: безопасностью использования, простотой устройства и обслуживания, а также удельной дешевизной.

Для справки: электрохимическим аккумулятором называют обратимый электрохимический элемент, служащий для накопления электрической энергии путем приложения внешнего напряжения (процесс заряда) в форме химической энергии и обратной отдаче электрической энергии при разряде. Элемент является обратимым, если при изменении направления тока полностью восстанавливается его исходное состояние. Чтобы осуществить обратимый элемент, должны быть выполнены следующие условия: процесс, создающий ток, должен проходить без образования газов, электроды не должны растворяться, электролит должен состоять из одной жидкости.

Принцип работы

Как и любой электрохимический элемент, аккумулятор представляет собой два электрода погруженные в раствор электролита и разделенные, во избежание короткого замыкания, мембраной. Электроды представляют собой пластины, изготовленные из активного материала либо пластины из проводящего материала, на которые нанесен активный материал. Электролит может не только обеспечивать транспорт заряда и вещества, но и непосредственно принимать участие в электрохимических реакциях.

Другими словами, в аккумуляторах реализуется принцип преобразования и запасания электрической энергии в форме химических связей. Это можно представить следующим образом: в разряженном аккумуляторе пластины обоих электродов покрыты веществом в устойчивом состоянии (при соприкосновении друг с другом реакция протекать не будет). В процессе заряда вещества электродов, под действием электрического тока, переходят в неустойчивое состояние – на одном электроде с избыточным окислительным, а на другом – восстановительным потенциалом. Теперь, при соприкосновении, электродные вещества будут бурно взаимодействовать. В разомкнутом аккумуляторе этого не происходит, поскольку, с одной стороны, вещества разделены раствором электролита (переносит частицы, но не электроны), а с другой – разрывом цепи электрических проводов (переносит электроны, но не частицы). При замыкании проводов, через нагрузку, вещества на электродах приходят в «полный» контакт. Поскольку система стремиться к устойчивому состоянию, в котором вещества находятся в стабильной форме, то происходит разряд аккумулятора, с протеканием тока по цепи проводов.

Принципиальная схема электрохимического элемента приведена ниже.

Принципиальная схема электрохимического элемента

Технические характеристики

Для того чтобы выбрать подходящий для автономной системы аккумулятор нужно знать его технические характеристики. Наиболее важными техническими характеристиками электрохимических аккумуляторов являются:

  • Удельная энергия – количество запасенной энергии на килограмм, выражается в Вт*ч/кг;
  • Плотность энергии – тоже, но на объем аккумулятора, Вт*ч/л;
  • Удельная мощность – максимально отдаваемая мгновенная нагрузка с килограмма батареи, Вт/кг;
  • Эффективность заряд-разряд – отношение количества отдаваемой энергии к пропущенной в процессе заряда (КПД батареи), в %;
  • Удельная стоимость, измеряется в Вт*ч/$
  • Саморазряд – потеря энергии аккумулятором без нагрузки, % в месяц;
  • Циклируемость – количество полных циклов заряд-разряд приводящих к значительной потере аккумулятором емкости (обычно, потеря около 20% начальной емкости), количество циклов;
  • Номинальное напряжение, в вольтах;
  • Диапазон рабочих температур.
Читайте так же:
Каково практическое применение тепловых действий электрического тока

При сравнении электрохимических аккумуляторов следует учитывать, что каждый тип характеризуется различным сочетанием данных параметров. Это не позволяет однозначно назвать «лучший» тип аккумуляторов. Можно говорить только о лучшей применимости конкретного типа аккумуляторов в конкретных условиях.

Для того чтобы подобрать аккумулятор для вашей системы энергообеспечения, вам достаточно позвонить нам и мы произведем необходимые расчеты совершенно бесплатно.

Химические источники тока: аккумуляторы и батареи

Химический источник тока — это источник электродвижущей силы, в котором энергия химических реакций, протекающих в нем, превращается в электроэнергию.

Основу любого химического источника тока составляют два электрода (отрицательно заряженный анод, который содержит восстановитель, и положительно заряженный катод, который содержит окислитель), которые контактируют с электролитом. Между анодом и катодом устанавливается разность потенциалов, которая соответствует свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химического источника тока основано на протекании пространственно-разделенных процессов: на отрицательно заряженном аноде восстановитель подвергается окислению, в результате чего образованные свободные электроны переходят по внешней замкнутой цепи к положительно заряженному катоду, тем самым создавая разрядный электрический ток. В качестве восстановителя в химических источниках тока используется кадмий, цинк, свинец и т.п. Функцию электролита в химическом источнике тока могут выполнять растворы солей, кислот и щелочей. В качестве окислителя применяются оксиды марганца и свинца, гидроксид никеля и т.п. Химические источники тока делятся на:

  1. Электрические аккумуляторы, представляющие собой перезаряжаемые гальванические элементы.
  2. Гальванические элементы, представляющие собой химические источники тока, которые невозможно перезарядить.
  3. Тепловые элементы, представляющие собой устройства, в которые вещества для осуществления электрохимической реакции подаются извне, а ее продукты удаляются, что способствует непрерывной их работе (при условии подачи реагентов).

Электрические аккумуляторы

Электрический аккумулятор – это химический источник электрического тока многоразового действия, который может быть заряжен после разряда.

Вторичный элемент, в процессе зарядки, функционирует как электролизер (электролитическая ячейка). В первичном элементе используются самопроизвольная химическая реакция. В электролитической ячейке электроэнергия вызывает необходимую химическую реакцию. Перезарядка аккумулятора осуществляется посредством пропускания тока внешнего источника. Самыми распространенными электрическими аккумуляторами являются марганцевые, цинк-серебряные, щелочные и свинцовые электрические аккумуляторы. Основное предназначение аккумуляторов заключается в циклическом накоплении энергии, а также в автономном питании разнообразных электротехнических устройств и оборудования и обеспечения энергией резервных источников в транспорте, медицине, производстве и других сферах. Принцип работы аккумуляторов основан на обратимости химической реакции. Их работоспособность восстанавливается при помощи пропускания электрического тока в направлении, которое обратно его направлению разряда. Основными характеристиками аккумуляторов являются:

Готовые работы на аналогичную тему

  1. Емкость. Как правило, под емкостью аккумулятора принимается количество электричества равное одному кулон, при силе тока в один ампер в течении одной секунды.
  2. Плотность энергии. Данная характеристика представляет собой количество энергии на единицу массы или объема аккумулятора.
  3. Саморазряд. Саморазряд — потеря аккумулятором заряда после полной зарядки при условии отсутствия нагрузки.
  4. Температурный режим.
  5. Тип.
  6. Форм-факторы.
Читайте так же:
В чем заключается физический смысл удельной тепловой мощности тока

Батареи

Под батарей подразумевается соединение электрохимических источников электрического тока (аккумуляторы, гальванические элементы, топливные элементы). В электротехнике источники электрической энергии фотоэлементы и термоэлементы соединяются в батарею, с целью получения напряжения, которое снимается с батареи, емкость или сила, образованного источника больше, чем может дать один элемент.

Аккумуляторная батарея изготавливается в едином корпусе, где находятся несколько соединенных электрических аккумуляторных элементов. Как правило, наружу корпуса выводится два контакта для присоединения к зарядному устройству или потребляющей цепи. У аккумуляторной батареи могут быть вспомогательные устройства, предназначение которых заключается в обеспечении безопасности и эффективности ее эксплуатации. К таким устройствам относятся датчики температуры и электронные приборы защиты. Аккумуляторная батарея в основном используется, как источник постоянного электрического тока.

Обычно элементы батареи соединяются последовательно. Это способствует увеличению выходного электрического напряжения батареи. Недостаток данного вида соединения заключается в неравномерности разрядки и зарядки, в случае использования разнородных элементов, которые входят в состав батареи.

Пиротехническая смесь для нагревателя теплового химического источника тока

Использование: тепловые химические источники тока. Сущность изобретения : пиротехническая смесь для нагревателя содержит мас. % молибден 5 — 15 перхлорат калия 10 — 18 и железо 67 — 85. Этот состав обеспечивает увеличение скорости горения и чувствительности к тепловому импульсу. 1 табл.

Изобретение относится к малогазовым средствам обогрева тепловой батареи, а именно к пиротехническим нагревателям, используемым для разогрева тепловых химических источников тока (ХИТ).

Известна пиротехническая смесь для нагревателя тепловых батарей из порошков железа и перхлората калия с содержанием железа 84-90 мас. [1] Пиротехнические нагреватели, изготовленные прессованием такой смеси, имеют форму круглых пластин с диаметром, равным диаметру электрохимического элемента. Они обладают малым газовыделением, электропроводны, имеют достаточную скорость горения. После сгорания такие пиронагреватели сохраняют первоначальную форму, благодаря этому остается неизменным давление опрессовки блока элементов (анодных, катодных, электролитных таблеток и пиронагревателей) теплового ХИТ и тем самым сохраняется его большая механическая прочность. Поэтому ХИТ с такими пиронагревателями надежно работают при воздействии больших механических перегрузок.

Недостатком таких пиротехнических нагревателей является большая критическая толщина горения, которая составляет 0,8-1,0 мм, что не позволяет изготавливать пиронагреватели с меньшей толщиной (0,3-0,5 мм), необходимой для миниатюрных ХИТ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам является пиротехническая смесь для нагревателя теплового ХИТ, содержащая железо и перхлорат калия [2] В тепловом ХИТ, который приведен в указанном патенте, пиронагреватель представлял собой круглую пластину толщиной 1,2-3,2 мм.

Зажигание пиронагревателя производилось с помощью промежуточного ленточного воспламенителя расположенного вдоль блока батареи. Воспламенение ленточного воспламенителя осуществлялось от форса пламени электровоспламенителя.

Пиротехнические нагреватели, приготовленные из вышеуказанного состава, имеют большую критическую толщину горения (0,8—1,0 мм), являющуюся важной характеристикой пиронагревателя. При толщине пиронагревателя меньше критической горение невозможно. Для надежного воспламенения и полного сгорания в составе теплового ХИТ пиронагреватель должен иметь толщину больше критической (т.е. больше чем 0,8-1,0 мм).

Указанное свойство ограничивает возможности применения таких пиронагревателей, особенно в миниатюрных тепловых ХИТ, применяемых для неконтактных взрывателей малокалиберных изделий. Для получения оптимальных весогабаритных характеристик таких тепловых ХИТ пиронагреватели должны иметь толщину не более 0,3-0,6 мм, следовательно, критическая толщина горения должна быть 0,2-0,5 мм. Кроме того, пиронагреватели на основе железа и перхлората калия имеют недостаточную чувствительность к форсу пламени электровоспламенителя, что приводит к необходимости применять в тепловых ХИТ промежуточный ленточный воспламенитель, что усложняет конструкцию теплового ХИТ и увеличивает время ее активации. Скорость горения таких пиронагревателей не достаточна для быстрой активации теплового, ХИТ.

Читайте так же:
Описать тепловое химическое магнитное действие электрического тока

Целью изобретения является увеличение скорости горения и чувствительности к тепловому импульсу.

Для достижения указанной цепи пиротехническая смесь для нагревателя теплового ХИТ, содержащая железо и перхлорат калия, согласно изобретению, дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.

Молибден от 5 до 15 Перхлорат калия от 10 до 18 Железо от 67 до 85 Для получения таких пиронагревателей были приготовлены смеси компонентов, отличающиеся друг от друга различным содержанием молибдена (3 20 мас.), перхлората калия (8-20 мас.) и содержанием железа, составляющего дополнительную до 100% часть в каждой смеси. Образцы пиронагревателей для исследования готовили прессованием порошкообразных смесей и определяли их критическую толщину горения, скорость горения, чувствительность к тепловому импульсу по минимальной энергии воспламенения (ГОСТ 5811-68) при мощности теплового потока 125 Вт/см 2 .

Полученные характеристики пиронагревателей приведены в таблице. Для сравнения в таблице приведены характеристики пиронагревателей из состава без молибдена.

Как видно из таблицы, критическая толщина, скорость горения и чувствительность к тепловому импульсу отличаются от тех же величин у составов, не содержащих молибден. Наилучшие свойства имеют составы 6, 7, 9, 10, 11, содержащие молибден в пределах 5-15 и перхлорат калия 10-18 мас. При содержании молибдена менее 5, а перхлората калия менее 10 мас. (составы 4, 5) критическая толщина горения больше, а чувствительность к тепловому импульсу и скорость горения ниже, чем у составов без молибдена (2, 3). В тех же случаях, когда содержание молибдена превышает 15, а перхлората калия 18 мас. (составы 8, 12-14), наблюдается изменение геометрических размеров и формы пиронагревателей, связанное с плавлением продуктов реакции из-за высокой температуры горения таких составов; что не допустимо для использования их в тепловых ХИТ. Таким образом, оптимальное соотношение ингредиентов, мас. молибден 5-15; перхлорат калия 10-18; железо 67-85.

Увеличение скорости горения и чувствительности составов с молибденом объясняется сильным каталитическим действием молибдена на процесс разложения перхлората калия.

В результате высокой скорости горения уменьшается скорость теплопередачи от пиронагревателя к электрохимическим элементам ХИТ что улучшает условия распространения фронта горения при малых толщинах пиронагревателя.

Уменьшение критической толщины горения пиротехнического нагревателя позволяет, соответственно, уменьшить в 1,2-1,4 раза габариты (высоту) теплового ХИТ, что важно при создании миниатюрных тепловых ХИТ.

Повышение скорости горения сокращает время разогрева теплового ХИТ, т.е. уменьшается время выхода на режим. Повышенная чувствительность к тепловому импульсу позволяет исключить из конструкции теплового ХИТ переходной ленточный воспламенительный состав и осуществлять зажигание пиротехнического нагревателя непосредственно от форса пламени электровоспламенителя.

Пиротехническая смесь для нагревателя теплового химического источника тока, содержащая железо и перхлорат калия, отличающаяся тем, что, с целью увеличения скорости горения и чувствительности к тепловому импульсу, она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector