Темы для повторения. 1. Что является причиной отклонения напряжения СГ при изменении нагрузки?

1. Что является причиной отклонения напряжения СГ при изменении нагрузки?

2. Факторы, определяющие реакцию якоря в машинах переменного тока, способы их компенсации.

3. Бесконтактные СГ с постоянными магнитами. Особенности способов регулирования.

4. Разновидности бесконтактных машин с обмотками возбуждения.

5. Принципы регулирования напряжения СГ.

6. Классификация систем возбуждения.

7. Амплитудно-фазовое компаундирование: способы суммирования, назначение компаундирующего элемента, способы его подключения.

8. Самовозбуждение генераторов: сложности и способы.

9. Гашение магнитного поля: способы осуществления в зависимости от системы возбуждения.

10. Коррекция напряжения в системах возбуждения.

11. Особенности регулирования подачи топлива у разных первичных двигателей.

12. Общие закономерности процессов регулирования частоты вращения первичных двигателей.

13. Разновидности механических регуляторов частоты вращения.

Глава 3

Аккумуляторные батареи

Применение аккумуляторных батарей. Определение

Их емкости

Аккумуляторные батареи (АБ), являясь накопителями электрической энергии, на судах речного флота применяются достаточно широко. Они используются для питания электроэнергией такого рода приемников, как авральная, пожарная и другие виды сигнализации, телефонная связь, радиостанция в нормальных условиях работы, причем для бесперебойного снабжения электроэнергией этих приемников устанавливаются две группы аккумуляторных батарей, которые работают поочередно.

Кроме того, аккумуляторные батареи работают совместно с генераторами, навешенными на главные двигатели судна, и, таким образом, являются основным источником электроэнергии всех судовых приемников во время стоянки главных двигателей судна.

Аккумуляторные батареи применяются и в качестве резервных источников электроэнергии при переходе с одного источника питания на другой (например, с валогенератора на дизель-генератор и наоборот), а также в стартерных установках судовых двигателей внутреннего сгорания.

Аккумуляторные батареи используются в качестве аварийного источника электрической энергии, то есть источника, обеспечивающего питание необходимых судовых приемников при исчезновении напряжения на главном распределительном щите, а также и кратковременного аварийного источника, который обеспечивает питание до включения в работу аварийных источников электроэнергии.

На судах речного флота получили распространение аккумуляторные батареи различного типа. Тип аккумуляторной батареи определяется характеристиками самой батареи и требованиями, предъявляемыми приемниками к источникам электрической энергии [20, 25].

Основные электрические характеристики аккумулятора – электродвижущая сила, внутреннее сопротивление, напряжение, емкость, энергия, отдача, саморазряд.

Электродвижущая сила – разность потенциалов между электродами аккумулятора при разомкнутой внешней цепи, В:

Следует учитывать, что при одинаковой плотности электролита у заряженной и разряженной батареи ЭДС будет одинаковой. Поэтому по ЭДС нельзя судить о степени разряженности аккумулятора.

Напряжение аккумулятора – разность потенциалов между положительным и отрицательным электродами при прохождении тока, то есть при подключении к электродам внешнего приемника с сопротивлением R:

.

(48)

При разряде напряжение аккумулятора меньше ЭДС на значение внутреннего падения напряжения, а при заряде больше на такое же значение, то есть

где U_з, U_р – напряжение заряда и разряда, В;

I_з – зарядный ток, А;

I_р – разрядный ток, А.

Внутреннее сопротивление аккумулятора R_вн– это сопротивление электродов и находящегося между ними электролита. Оно определяется конструкцией электродов, состоянием активной массы, плотностью и температурой электролита, а также степенью заряда и разряда. Это сопротивление определяет возникновение внутреннего падения напряжения и выделение тепловой энергии в источнике при замыкании внешней цепи. При повышенных значениях R_внснижается стабильность напряжения аккумулятора и повышаются энергетические потери, что очень важно для аккумуляторов, работающих при больших токах разряда, например, в стартерном режиме.

В процессе разряда аккумулятора значение его R_вн растет, что приводит в конце разряда к значительному уменьшению напряжения.

Емкость аккумулятора С_р – это количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде его или которое получает он от внешнего источника электрической энергии в процессе заряда С_з.

Разрядная емкость С_р за время разряда Т_рпри постоянном или изменяющемся токе разряда I_р:

.

(50)

Значение разрядной емкости G_p зависит от режима разряда и тока разряда.

Зарядная емкость аккумулятора

.

(51)

Удельная емкость – это отношение емкости разряда при номинальном токе к его полной массе или объему. Емкость выражается в ампер-часах (А·ч) и зависит от количества и размера пластин и значение ее не является постоянным даже для одного и того же аккумулятора, так как зависит от разрядного тока, температуры и плотности электролита, состояния активной массы пластин и других факторов.

Энергия аккумулятора, отданная во внешнюю цепь при разряде W_pи поглощенная им при заряде W_з,соответственно определяется с учетом изменения напряжения:

(52)

Удельная энергия – это запасенная энергия аккумулятора, отнесенная к его массе. Удельная мощность – мощность разряда в номинальном режиме, отнесенная к его массе.

Работу аккумуляторной батареи характеризует отдача по емкости и отдача по энергии.

Отдача по емкости, %,

,

(53)

где С_р, С_з– емкость соответственно при разряде и заряде, А·ч.

При определении отдачи батареи по емкости необходимо точнее фиксировать окончание заряда. После окончания формовки батарея должна иметь η_е – 66,6 %.

Отдача батареи по энергии %,

; ; ,

(54)

где U_p, U_з– средние арифметические значения напряжения батареи соответственно при разряде и заряде.

Отдача батареи по энергии есть КПД батареи, поскольку характеризует способность батареи возвращать полученную энергию. Она должна быть не менее 47 %.

СаморазрядС_т – самопроизвольное бесполезное расходование аккумулятора при разомкнутой внешней цепи из-за внутренних электрохимических процессов, определяется по следующему выражению:

,

(55)

где С_н – начальная емкость аккумулятора, А·ч;

С_к – конечная емкость аккумулятора, А·ч, после хранения его в течение Т сут (месяцев, лет);

С_т = 30% в месяц – у кислотных аккумуляторов; С_т = 10–30% в месяц у щелочных аккумуляторов; С_т = 5–15% в месяц у серебряно-цинковых аккумуляторов.

Саморазряд С_т вызывает ограничение на продолжительность их хранения и эксплуатации аккумуляторов. Так, для стартерной установки характерным является работа при больших токах в течение относительно небольшого промежутка времени, поэтому наиболее подходящей для нее является кислотная свинцовая аккумуляторная батарея, обладающая малым внутренним сопротивлением. Действительно, начальный пусковой ток стартера

,

(56)

где R_я– сопротивление якорной цепи стартера;

R – внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи.

Сопротивление R_ядостаточно мало, поэтому начальный пусковой ток стартера в значительной мере будет определяться внутренним сопротивлением R аккумуляторной батареи. В стартерных установках могут быть использованы и специальные тяговые никель-железные щелочные аккумуляторные батареи, внутреннее сопротивление которых также невелико.

Для ряда устройств и систем и их внутрисудовой связи характерно непрерывное потребление электрической энергии при незначительном сопротивлении нагрузки в процессе работы. В качестве источников энергии для подобных приемников наиболее рациональным является применение щелочных никель-железных аккумуляторных батарей. Эти батареи, хотя и обладают повышенным (по сравнению с кислотными) внутренним сопротивлением и значительной степенью саморазряда, но более просты и надежны в эксплуатации.

Для аварийных источников электрической энергии наиболее характерной является постоянная готовность к работе. Эти источники в течение длительного времени могут не работать, но в нужный момент должны обеспечить работу с параметрами, близкими кноминальным. В отношении аккумуляторных батарей, используемых в качестве аварийных источников, одним из важных требований является требование сохранения заряда, то есть требование минимального саморазряда. С этой точки зрения, например, для сетей аварийного освещения наиболее рациональным является использование щелочных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, которые обладают достаточно малым саморазрядом, хотя и имеют более высокую стоимость, чем никель-железные аккумуляторные батареи той же емкости.

Отечественная промышленность выпускает аккумуляторные батареи и других типов (табл. 5), но наибольшее распространение на судах речного флота получили как кислотные свинцовые, так и щелочные никель-железные и никель-кадмиевые аккумуляторные батареи.

Как видно из табл. 5, никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторные батареи одинаковой емкости равноценны между собой по многим параметрам, в том числе по габаритным размерам, сроку службы, механической прочности, способности переносить вибрацию, удары, короткие замыкания, а также перезаряд и недозаряд.

Таблица 5