Аккумуляторная батарея служит источником энергии для питания цепи низкого напряжения электровоза при неработающих генераторах тока управления.
Во время подготовки электровоза к работе, а также при повреждении генератора тока управления в пути аккумуляторная батарея питает электроэнергией катушки различных аппаратов, осветительные и сигнальные лампы. После включения генератор тока управления питает низковольтные цепи электровоза и одновременно заряжает батарею.
Аккумуляторная батарея состоит из ряда аккумуляторных элементов, которые соединены последовательно. В отличие от так называемых первичных элементов, к которым относятся гальванические элементы, преобразующие, химическую энергию в электрическую, аккумуляторы представляют собой вторичные элементы, способные накапливать (аккумулировать) подведенную к ним извне при заряде электрическую энергию и по мере надобности отдавать эту энергию в виде постоянного тока.
На электровозах ЧС2 установлены щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы. В отличие от свинцовых они не выделяют вредных испарений, устойчивы к воздействию больших токов, не боятся тряски, толчков, ударов и не портятся даже от короткого замыкания. Кроме того, щелочные аккумуляторы по сравнению со свинцовыми при одинаковой емкости имеют меньший вес, весьма незначительный саморазряд, небольшую чувствительность к перезаряду и недозаряду, высокую прочность и больший срок службы. Основным недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов является низкое напряжение элементов: 1,2 В против 2—2,1 В у свинцовых. Действие аккумулятора основано на использовании явления поляризации электродов, электродвижущая сила между которыми в замкнутой цепи создает ток.
В своей простейшей форме щелочной никель-кадмиевый аккумулятор представляет собой сосуд (рис. 93), наполненный электролитом— раствором гидроокиси калия (КОН). В сосуд 1 погруЖеНЫ Два электрбда: положительный 2 и отрицательный 3.
Положительные электроды содержат активную массу из окиси никеля №г03 или гидроокиси никеля №(0Н)3, отрицательные электроды состоят из губчатого кадмия СсЗ с прибавлением 5— 30% губчатого железа Ре, которое увеличивает проводимость активной массы. ^
При разряде аккумуляторов на положительных пластинах окись никеля N1203 переходит в закись никеля №0 или гидроокись никеля №(ОН)3 переходит в гидрозакись никеля №(ОН)2, а на отрицательных пластинах губчатый (чистый) кадмий Сс1 и железо Ре переходят в окись кадмия Сс1(ОН)2 и закись железа РеО или в гидроокись кадмия Сс1(ОН)2 и гидрозакись железа Ре(ОН)2.
Происходящие при этом химические процессы можно выразить формулами:
Сс1 + Ре + 2Ы2 03 -»- Сс10 + РеО + 4№0
Сс1 + Ре + 4№ (ОН)3 -> Сс1 (ОН), + Ре (ОН), + 4№ (ОН)„.
Следовательно, при разряде аккумулятора происходит частичное раскисление положительного никелевого электрода и окисление кадмиево-железного отрицательного электрода.
При заряде, наоборот, низшие окислы никеля на положительных пластинах переходят в более высокие степени окисления, а на отрицательных пластинах окислы кадмия и железа восстанавливаются в металлический кадмий и железо. Происходящие при этом химические процессы выражаются формулами:
СсЮ + РеО + 4№0 -> Сс1 + Ре + 2№2 03
и Со! (ОН)„ + Ре (ОН)2 + 4№ (ОН), -> Сс1 + Ре + 4№ (ОН)3.
Описанный процесс происходит до тех пор, пока на отрицательных пластинах окиси и гидроокиси кадмия и закиси и гидрозакиси железа не превратятся в кадмий и железо. Далее ток не будет изменять химическое состояние пластин, а начнет разлагать воду электролита на ее составные части. На аноде при этом станет выделяться кислород О, а на катоде — водород Н. Такое выделение газа, весьма сходное с кипением воды, носит название кипения аккумулятора. В случае появления «кипения» следует прекратить питание аккумулятора электрической энергией, так как оно показывает на окончание процесса раскисления отрицательной пластины (катода), т. е. на окончание процесса заряда аккумулятора. Дальнейшее питание аккумуляторов энергией будет вести
Лишь к разложению вбды, содержащейся в электролите аккумулятора, увеличению его плотности и нагреву. Механическая смесь выделяемых на время к<кипения» аккумулятора водорода и кислорода представляет собой взрывчатый гремучий газ, к которому весьма опасно приближаться с огнем.
При заряде и разряде аккумулятора раствор гидроокиси калия (едкого кали) остается без изменения, так как продукты его разложения только перемещаются с одного электрода на другой и плотность электролита не меняется. Едкое кали не принимает участия в токообразующей реакции, а лишь служит для переноса кислорода О или гидроксильных ионов ОН с положительной пластины на отрицательную при разряде и с отрицательной пластины на положительную при заряде аккумулятора.
Никель-кадмиевые аккумуляторы воспроизводит только около половины той работы, которая была затрачена на его зарядку.
В состав электролита входит в определенном соотношении дистиллированная вода и гидроокись калия с добавлением (20 г/л) моногидрата лития, который содержит 50% едкого лития. Плотность электролита равна 1,19—1,21 г/см3. Добавление в электролит моногидрата лития значительно повышает срок службы аккумуляторов, увеличивая число зарядно-разрядных циклов с 250— 350 до 750. При температуре ниже —15° С применяется электролит плотностью 1—26—1,28 г/см3 без добавления моногидрата лития. При температурах выше +10° С пользоваться этим электролитом не рекомендуется.
На поверхность электролита следует налить немного вазелинового масла. Это нужно для того, чтобы электролит не соприкасался с воздухом и не поглощал из него углекислоту.
Рис. 94. Ящик с элементами типа ЫКТ-120 аккумуляторной батареи
Рис. 95. Пластины и сепаратор элемента
На электровозах ЧС2 в качестве основной используют аккумуляторную батарею чехословацкого производства, составленную из элементов N1x1420 емкостью 120 А-ч. На электровозах № 003 и 004 батареи помещены в кузове, а на последующих — в двух ящиках (рис. 94), подвешенных на общей балке с обеих сторон кузова. В одном из ящиков размещено 20 элементов, в другом — 16 или 20. Элементы установлены на специальном поддоне, который при открытии боковой крышки ящика легко выдвинуть из ящика. Все элементы батареи соединены между собой последова-
тельно медными облуженными перемычками, т. е. плюс одного элемента соединен с минусом другого. К последним свободным зажимам («плюсу» первого элемента и «минусу» последнего в каждом ящике) присоединены кабельные наконечники выводных проводов. Элемент аккумуляторов ЩТ-120 состоит из наполненного электролитом стального сосуда (корпуса) размером 278X13IX Х84 мм. В сосуд помещено десять положительных пластин (рис. 95)' 7 и девять отрицательных пластин 3. Одноименные пластины соединены в блоки; блоки имеют штыри для выводных зажимов, сделанные в виде гаек.
Активная масса положительных пластин [№203 или Ni(OH)3] и отрицательных пластин [Cd и Fe] помещена в пакеты, выполненные в виде плоских железных никелированных трубок с большим количеством отверстий. Отверстия настолько малы, что зерна активной массы не могут выпасть из пакетов и произвести короткое замыкание. В то же время через эти отверстия могут поступать к активной массе электролит и выделяться образующиеся при заряде аккумулятора газы. Для улучшения контакта между поверхностью пакетов пластин и активной массой в нее добавлен чешуйчатый графит или другой проводящий ток материал. Впрессованные в стальную рамку 11 пакетов образуют положительную или отрицательную пластину. Пластины изолируются друг от друга сепараторами 2, а сосуды элементов — воздушными промежутками.
Элемент с электролитом весит 8,6 кг, вес электролита— 1,25 кг.
Нормальный зарядный ток аккумуляторной батареи равен 30 А (25% от номинальной ее емкости), нормальный разрядный ток — 24 А. Уровень электролита в элементах должен быть на 25— 30 мм выше пластин.
При эксплуатации на ряде электровозов ЧС2 установлены аккумуляторные батареи, состоящие из 42 элементов КН-100 (рис. 96) отечественного изготовления. Каждый элемент состоит из стального сосуда 9 размером 330X128X70 мм, находящегося в резиновом чехле /; в сосуде размещены блок 11с пятью отрицательными пластинами и блок 10 с шестью положительными пластинами. Активная масса 8 помещена в плоские стальные никелированные трубки 7 с большим количеством отверстий, через которые проходит электролит. Положительные и отрицательные пластины изолированы между собой эбонитовыми палочками 6: Выводные шпильки блоков 10 и /7 проходят через отверстия крышки сосуда 9 и изолированы от нее втулками 5, уплотнениями служат кольца 2. Для крепления перемычек или наконечников кабелей на шпильках блоков служат гайки 3. Между шпильками имеется отверстие для заливки электролита, закрытое пробкой 4.
Номинальная емкость элемента КН-100 равна 100 А-ч, номинальный режим заряда — ток 25 А в течение 6 ч, номинальный режим разряда — ток 12,5 А в течение 8 ч. Элементы без электролита весят 5,4 кг. Для питания злектропневматического тормоза применяется аккумуляторная батарея, состоящая из 40 элементов КН-10 с номинальной емкостью 10 А-ч.
⇐Генератор тока управления | Электровоз ЧС2 | Регулирование частоты вращения двигателя изменением напряжения⇒