直流系统讲课提纲韩京哲Word文档下载推荐.docx

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两个电极反应之和就是电池反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O

这就是“双硫酸盐化”理论。

正极活性物质是二氧化铅，负极活性物质是海绵状金属铅，电解液是稀硫酸；

放电时正、负电极都变成了硫酸铅，充电时硫酸铅分别变成二氧化铅和铅；

硫酸即传导电流，又是反应物，参加电化学反应，放电时，硫酸生成水，电解液浓度不断降低；

充电时，水不断生成硫酸，电解液浓度不断升高。

2、副反应：

在电池充电的过程中还有一个副反应，这就是水的分解，产生氧气、氢气。

2H2OO2＋4H＋＋4e

（实际：

2H2OH3O+＋OH-/4OH-－4e2H2O＋O2）

4H+＋4e2H2

水分解速率与电极电压有直接关系。

当电位差达到1.23V时氢和氧就开始析出，但进行得很慢；

而当电压较大，超过一定值时，氢和氧的析出将急剧上升。

经过理论分析和计算，负极电压超过平衡电压每0.12V，氢析出增加10倍当量电流；

正极超过平衡电压每0.07－0.12V，氧析出增加10倍当量电流（一般的说法在充电70％左右时正极氧析出，在充电90％左右时负极氢析出。

）

3、阀控蓄电池的内部氧循环原理

O2+4H++4e-2H2O―――总反应

（过程：

①O2+2Pb2PbO

②PbO+H++HSO4-PbSO4＋H2O

③PbSO4＋H++2ePb+HSO4-）

在氧循环过程中，氧化铅变成硫酸铅时要产生较大的热量。

4、基本结构

4.1、防酸隔爆式、开口式、消氢式

主要由正极板、负极板、隔板、电解液、极柱、防酸栓、电池槽等组成。

电池图1，电池图2

正、负极板：

多孔、粉末。

目的是大大提高表面积，约为102－103m2/kg，使反应更均匀、稳定，减少电流密度；

减少活性物质的脱落和生成枝晶；

为硫酸铅的膨胀提供空间等。

分涂膏式粉末多孔电极、压成式粉末多孔电极、烧结式粉末多孔电极等。

板柵（正极板和负极板内）：

支撑活性物质，充当活性物质的载体，传导电流，使电流均匀分布。

因为：

一是铅、二氧化铅、硫酸铅的摩尔体积分别为18.27、25.51、48.00cm3/mol，放电和充电时极板要膨胀和收缩。

二是硫酸铅是绝缘体，导电性很差；

二氧化铅的电阻率也较高0.25Ωcm。

蓄电池自装配以后，板柵的腐蚀就开始了，腐蚀总是以一定的速率不停地进行，直至蓄电池最终损坏，因此板柵腐蚀就决定了蓄电池的寿命，所谓蓄电池的设计寿命就是由此推导出来的。

4.2、阀控密封式结构：

与普通铅酸蓄电池的主要区别：

贫液式，隔板超细玻璃纤维，除有电解液外，还有气体通道；

正常工作在密封状态，内部压力大时，由安全阀放气；

板柵合金的成分有改进，减少了自放电，等等。

板柵：

板柵合金的成分影响腐蚀速率，因而也就影响着自放电的大小。

为此多年来对板柵进行了不断的改进，铅锑、铅钙锡铝、铅锶锡铝，等等。

隔板：

有2种，一种使用超细玻璃纤维（孔径大部分5－10微米），电解液占90％以上，有将近10％的气体通道；

紧装配；

隔板较薄，有利于降低内阻。

另一种是胶体电解液，二氧化硅分散在硫酸中，使电解液均匀，优点是电解液不存在分层现象，有隔板，内阻稍大。

电解液：

密度一般在1.26V－1.28－1.3V↓（固定式）

安全阀：

闭阀压力在1—10Kpa范围内，开阀压力在10Kpa—49Kpa。

安全阀上安有滤酸装置，以免排气过程中酸雾排出（订货技术条件）。

壳体：

水蒸汽和气体通过壳体有微弱的散失。

图片

二、蓄电池的几个重要电特性

1、蓄电池的平衡电压（≈开路电势、静态电压）

把正、负电极电位叠加，得出两极之间的电压

电池的平衡电压≈酸密度＋0.84

这个参数是蓄电池各种其它参数的基础。

2、极化问题

过电位：

蓄电池在充电和放电过程中，在欧姆内阻之外，有一个额外的电势消耗，这个电势就是过电位。

过电位是个变量。

在充电后期氧循环加大时，过电位显著提高。

过电位的原因是，蓄电池有电流流过时，进行化学反应，在反应物之间要进行电子交换，电极表面与电解液之间有物质传输，这些需要额外的能量。

欧姆电位降：

相对来说变化较小，但放电后期，蓄电池比重下降、硫酸铅增加，欧姆内阻增加较大。

极化值＝过电位＋欧姆电位降

下图是浮充电情况下的极化：

充电时，蓄电池端电压：

U=E+正极过电位+负极过电位+IR

放电时，蓄电池端电压：

U=E－正极过电位－负极过电位－IR

3、放电特性

此为示意图。

实际放电时要注意说明书中放电特性曲线，比照检查。

4、充电特性

温度对蓄电池的充电接受能力也有影响，温度低时，反应速度低，极化加大，充入电流会减少，因此浮充电和均充电都有温度补偿。

5、内阻

内阻与极化有关。

1、非线性；

2、充电内阻与放电内阻不等；

3、充放电状态影响内阻大小；

4、温度影响内阻。

短路电流水平：

一般10－15倍C10，个别超过10－15倍C10的范围，但最大不会超过20倍C10。

一般蓄电池容量小的短路电流倍数偏高一些。

6、容量

放电率影响容量

温度影响容量

7、寿命

循环寿命：

深度放电循环寿命减少的原因：

时间寿命（设计寿命）：

由正极板柵的腐蚀速率决定。

8、自放电

8.1、负极的自放电

氢析出导致的自放电：

PbPb2++2e-―――负极放电

2H++2e-H2―――氢析出

H2SO42H++SO42-―――硫酸反应

Pb+H2SO4H2+PbSO4―――总反应

氧还原引起的自放电：

见“内部氧循环过程”。

在铅变成氧化铅，和氧化铅变成硫酸铅过程中，都会产生自放电。

8.2、正极的自放电

氧析出导致的自放电：

PbO2+H2SO4+2H＋+2e－PbSO4＋2H2O――正极放电

H2O1/2O2＋2H＋＋2e－――氧析出

PbO2＋H2SO41/2O2＋PbSO4＋H2O――总反应

板柵腐蚀导致的自放电：

Pb+H2OPbO＋2H＋+2e－――板柵腐蚀

PbO2+Pb+H2SO4PbSO4＋PbO＋H2O――总反应

正极在开路情况下，板柵腐蚀是主要的自放电。

蓄电池储存期间，如不定期补充电，板柵腐蚀会导致不可恢复的损坏。

8.3、电解液杂质引起的自放电：

如：

铁离子，当Fe2+接触到正电极被氧化成Fe3+

（Fe2+Fe3++e-）；

然后到达负极时被还原成Fe2+，往复运动不断放电。

8.4、极板短路：

腐蚀使正极板长大，接触到负极汇流排；

铅枝晶生长（负极）引起短路。

自放电量主要由氢析出决定。

温度对自放电的影响也很大。

9、比能量

三、运行维护的若干要点及重要参数

1、开路电压：

1.1意义：

1.2范围：

1.3偏差：

最大最小电压差值不超过0.02V

1.4测量方法：

2、浮充电运行

2.1作用：

2.2范围：

2.3偏差问题：

2.4温度补偿：

2.5整组电池长期浮充下的结果：

3、充电特性曲线

3.1均衡充电

3.2补充电

4、放电电压、放电曲线、放电能力

4.1放电电压的变化特点：

4.2终止电压：

4.3冲击放电：

在连续10次短时合闸电流放电时，电池组端电压应不低于额定值的91％。

短时合闸电流幅值应不小于200A，时间不小于500ms、不大于1s。

4.4技术条件中的放电能力：

3C10放电1min，6C10放电5s

5、注意温度问题：

5.1温度与寿命：

5.2温度控制范围：

6、理解寿命的概念：

7、蓄电池的早期损坏及防范

7.1正极板柵的加速腐蚀：

7.2电解液干枯：

7.3极板的硫酸盐化

新电池正极板、部分硫化、大部分硫化、完全硫化

7.4热失控及防范

热失控是阀控蓄电池可能出现的一种情况，因为阀控蓄电池有内部氧循环过程。

在内部氧循环过程中，伴随着要产生大量的热，产热和散热不平衡导致蓄电池温度上升，上升的温度使电流又增加，气体析出更快，温度进一步上升。

热失控对蓄电池的损坏是很大的，一定要避免，要防止过充电引起的热失控。

（热失控一般在均衡充电，环境温度又较高时容易发生，但平时气温较高时也有可能发生轻微的热失控，实际就是析气量比平时有明显的增加。

当蓄电池温度较高，充入电流非放电原因而比平时增大时，此时就可能是一种轻微的热失控。

如蓄电池均充电，在进入恒压状态后，充电电流应下降较快，如电流衰减的较慢或维持在较高数值不变，并且蓄电池温度也较高时，可能就发生了热失控，要马上停止充电。

蓄电池散热能力较差，外壳40℃，内部温度可能已很高了）。

8、定期外观检查

8.1外壳检查：

8.2极柱连接：

蓄电池连接条的总压降在3I10为时不超过8mv。

8.3安全阀：

9、通风：

避免氢气浓度达到4％（体积浓度）

10、蓄电池的储存

11、新电池的管理、后期管理

第二部分充电设备

一、相控充电机

1、电力电子器件：

2、晶闸管的基本结构和等效电路：

晶闸管的伏安特性:

3、基本原理

3.1简单电路举例――单相半波电路

控制角：

从晶闸管开始承受正向电压到触发导通的电角度。

导通角：

晶闸管在1个周期内导通的电角度，控制角加导通角等于180°

。

移相控制：

通过改变控制角的大小，调节输出电压叫移相控制。

3.2、感性负载及续流二极管

3.3、三相桥式全控整流电路

不同控制角与对应的直流电压：

4、相控充电机实例

图1链接.

图2链接

5、主要部件及功能

5.1、隔离变压器：

5.2、晶闸管的选择及保护：

5.3、晶闸管的触发电路：

5.4、滤波电路：

5.5、实物照片:

相控充电机系列1晶闸管1、晶闸管2

相控充电机系列2：

二、高频开关电源

1、功率场效应管（MOSFET）及绝缘柵双极型晶体管（IGBT）

2、高频开关电源基本原理

开关管的脉宽调制：

控制系统结构图：

3、高频化的诸多优点

3.1、高频变压器体积减小的原因：

3.2、其它元器件的节省：

3.3、参数改善：

3.4、模块化、集成化：

3.5、多模块并联与可靠性的提高：

4、软开关技术（零电流与零电压）

软开关的方法：

5、模块的均流：

6、功率因数校正技术：

7、防雷、防过电压：

防雷保护、浪涌抑制

8、主要结构

三、运行中注意的一些问题

第三部分直流系统配置、接线

一、北京电力公司的直流系统配置原则

二、空开与熔断器

三、绝缘监察与接地选线

四、降压硅链

五、直流接地查找

六、运行中注意的一些问题

参考文献：

1、[德]D.Berndt《免维护蓄电池（第2版）》北京：

中国科学技术出版社2001

2、朱松然《铅蓄电池技术（第2版）》北京：

机械工业出版社2002

3、杨旭裴云庆王兆安《开关电源技术》北京：

机械工业出版社2004

4、张乃国《电源技术》北京：

中国电力出版社1998

谢谢！

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