На практике постоянный ток, необходимый для зарядки аккумуляторных батарей, получают путем преобразования промышленного переменного тока в постоянный. Это преобразование осуществляется генераторами постоянного тока, а также ртутными или твердыми (сухими) выпрямителями.

В первом случае энергия переменного тока преобразуется электродвигателем в механическую энергию, а затем механическая энергия преобразуется в электрическую энергию постоянного тока. Такие преобразования производятся агрегатом, состоящим из электродвигателя переменного тока, соединенного муфтой с генератором постоянного тока. Во втором случае переменный ток выпрямляется при помощи выпрямительного устройства.

Рассмотрим работу, преимущества и недостатки каждого из типов зарядных устройств.

Двигатель-генераторы. Двигатель-генератор представляет собой сочетание электродвигателя переменного тока (обычно трехфазного асинхронного) с генератором постоянного тока. Обе машины устанавливают на общей раме — основании, которое крепят на фундаменте. Между собой машины соединяются .при помощи эластичной муфты.

В качестве генераторе» постоянного “тока используются машины серии ПН, в качестве электродвигателей — асинхронные электродвигатели единой серии. Данные некоторых двигателей-генераторов с машинами серии ПН приведены в табл. 5. Коэффициент полезного Действия машин серии ПН находится в пределах 0,90—0,92, электродвигателей единой серии — в тех же пределах.

Отечественной промышленностью также выпускаются смонтированные зарядные преобразователи серии ЗП, технические данные которых приведены в табл. 6. Зарядный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из двигателя переменного тока и генератора постоянного тока, установленных в одном корпусе.

Выбор зарядного агрегата производится следующим образом. Допустим, что необходимо произвести зарядку батареи типа 16-ЭП-250, имеющую следующие параметры: номинальное напряжение 32 в, число элементов 16, емкость 250 а-ч, сила тока на I ступени заряда 44 а, на II ступени 22 а.

Рис. 59. Устройство двигатель-генератора, состоящего из двигателя А52/4 и генератора ПН-68:
1 — генератор; 2 — муфта; 3 — двигатель.

Напряжение на зажимах батареи в конце заряда составит: 16 х X 2,8 = 44,8 в, где 2,8 — максимальное значение напряжения на каждом элементе в конце зарядки.

Максимальная сила тока (на I ступени заряда) составит 44 а. Принимаем ближайшее стандартное значение напряжения генератора постоянного тока, равное 48 в.

В обоих случаях генераторы и электродвигатели будут недогружены, а при использовании указанного двигателя-генератора значительную часть напряжения придется гасить реостатом, включенным последовательно с заряжаемой батареей.

Преимуществом указанных зарядных устройств является легкость регулировки силы тока и напряжения, которая осуществляется плавно в широких пределах йзменением тока в обмотке возбуждения генератора с наименьшими потерями.

Недостатками их являются: большой вес, сравнительно небольшой к. п. д. (0,6—0,8), наличие вращающихся частей (роторы машин, эластичная муфта, коллектор), необходимость периодической смазки, осмотра и ремонта, шум при работе. Ртутные и твердые выпрямители перечисленных недостатков не имеют.

Таблица 5
Технические данные некоторых двигателей генераторов средней мощности

Таблица 6
Технические данные зарядных преобразователей серии ЗП

Ртутные выпрямители. Ртутный выпрямитель является наиболее распространенным устройством, преобразующим переменный ток в постоянный и служащим для зарядок аккумуляторов. На рис. 60 представлена простейшая схема ртутного выпрямителя небольшой мощности. Выпрямитель состоит из стеклянной колбы, из которой воздух откачан до высокого вакуума. На дне колбы находится жидкая ртуть, являющаяся катодом. В боковые отростки колбы впаяны проводники, снабженные графитовыми наконечниками, являющимися анодами. Рядом с катодом находится еще один отросток, содержащий вспомогательный анод, необходимый для запуска выпрямителя в работу. Во время запуска выпрямителя вспомогательный анод приходит в соприкосновение с катодом. Соприкосновение достигается наклоном колбы с помощью соответствующего приспособления, которое обычно имеет ручное управление, но может быть сделано и автоматическим. По возвращении колбы в вертикальное положение между катодом и вспомогательным анодом возникает дуга. Дуговой разряд переходит на рабочие аноды, так как вся колба заполнена парами ртути.

В момент образования дуги на поверхности ртутного катода возникает светящееся катодное пятно, являющееся источником электронов. Электроны направляются к аноду, имеющему в данный полупериод положительный потенциал. На своем пути к аноду электроны будут выбивать из атомов ртути другие электроны, которые также будут двигаться к аноду. Образовавшиеся ионы ртути, представляющие собой в данном случае лишенные электронов атомов и имеющие, следовательно, положительный заряд, будут двигаться к катоду. Ударяясь об атомы ртути катода, ионы будут выбивать из него новые электроны, асами, присоединяя свободные электроны, будут превращаться в атомы ртути. Во второй полупериод потока электронов от катода направляется ко второму аноду, в то время как первый анод имея отрицательный потенциал, запирается.

Видимый при работе ртутного выпрямителя дуговой разряд между катодом и анодами состоит из двух направленных противоположно потоков: потока электронов от катода к анодам и потока положительных ионов в сторону катода. Процесс перебрасывания дуги в выпрямителе происходит с большой скоростью, определяемой частотой выпрямляемого переменного тока. При частоте сети 50 гц (периодов в секунду) каждая полуволна переменного тока будет иметь продолжительность 0,01 сек., следовательно, дуга будет перебрасываться с одного анода на другой через каждую 0,01 сек. Как видно из рис. 61, выпрямленный ток не строго постоянный, а пульсирующий, т. е. имеет неизменное направление, но периодически изменяющуюся величину. Сглаживание пульсаций тока может быть произведено электрическим фильтром.

Рис. 60. Схема двухполупери-одного ртутного выпрямителя.

Рис. 61. Форма кривой выпрямленного тока при двухполупе-риодном выпрямлении.

Отметим, что при разомкнутой внешней цепи ртутный выпрямитель работать не будет. Поэтому после каждого отключения нагрузки и включения новой ртутный выпрямитель надо запускать в работу снова.

В качестве ртутных выпрямителем в более мощных устройствах (обычно выше 100 кет) используются стальные резервуары, из которых во время работы воздух удаляется непрерывно действующими вакуумными насосами.

Ртутные выпрямители имеют ряд следующих достоинств: они не требуют времени для разогрева катода; легко могут быть выполнены на токи в сотни и тысячи ампер; допускают большие мгновенные перегрузки без опасности повреждений; не имеют вращающихся частей (если не считать вакуумные насосы мощных установок). Однако ртутные выпрямители не лишены и недостатков. Основными недостатками являются: невысокий к. п. д. при малых мощностях (не превышающий к. п. д. двигатель-генераторов); зависимость величины выпрямленного напряжения от приложенного напряжения переменного тока (что заставляет усложнять установку и уменьшает ее к. п. д.); неустойчивость работы при малых нагрузках; неудобство регулирования величины выпрямленного тока и напряжения.

На практике обычно стеклянные ртутные выпрямители выполняются в виде шкафов из стали, внутри которых устанавливаются выпрямительная колба, трансформатор питания, вентилятор охлаждения и другая аппаратура. На передней панели находятся измерительные приборы, и на нее же выводятся штурвал качания колбы и кнопка зажигания.

Технические данные применяемых стеклянных зарядных ртутных выпрямителей типа ВАРЗ приведены в табл. 7.

Большим преимуществом зарядных ртутных выпрямителей типа ВАРЗ является то, что они обеспечивают устойчивый режим заряда за счет круто падающей нагрузочной характеристики, которая создается завышением напряжения холостого хода и применением анодного реактора. С увеличением тока нагрузки выпрямителя растет падение напряжения в реакторе, чем и обеспечивается соответствующее уменьшение напряжения на заряжаемых аккумуляторах. –

Приведенные в табл. 7 ртутные выпрямители обеспечивают зарядку только свинцовых аккумуляторов, подходящих по напряжению и силе: тока. Для зарядки батарей электрокаров из них пригодны по своим параметрам лишь выпрямители типа ‘ВАРЗ-120-60 при условии включения в зар^ную цепь реостатов для регулирования режима заряда аккумуляторов и гашения излишнего напряжения. Специальных ртутных выпрямителей для зарядки аккумуляторных батарей электрокаров наша промышленность не выпускает.

Твердые выпрямители. Твердые (или сухие) выпрямители за последнее время получили широкое распространение и успешно применяются не только для зарядки аккумуляторов, но и в других

Таблица 7
Технические данные ртутных выпрямителей

Работа твердых выпрямителей основана на выпрям-° тощем свойстве контактного слоя между металлом и полупровод-ЛЯ‘ком Это достигается применением полупроводников, у которых “ рктрическое сопротивление слоя в направлении от металла к полу-Эповоднику во много раз больше, чем в обратном направлении. В зависимости от типа полупроводника различают меднозакисные /куПроксные), селеновые и сульфидные выпрямители.

Наиболее широкое распространение получили селеновые и меднозакисные выпрямители.

Устройство селенового выпрямителя показано на рис. 62. Выпрямительный элемент состоит из алюминиевой или стальной пластины или шайбы, на поверхность которой с одной стороны нанесен запорный слой, образуемый поверхностью кристаллического селена и непосредственно примыкающим, к нему катодным слоем.

Электрический контакт с катодным слоем осуществляется с помощью пружинной шайбы 3.

Такой выпрямительный элемент, называемый «шайбой», хорошо проводит ток только в одном направлении -— от запорного слоя к пластинке. Устройство купроксного выпрямителя подобно описанному с той разницей, что вместо слоя селена в нем наносится слой закиси меди.

По сравнению с купроксными, селеновые выпрямители допускают большую плотность тока и большее напряжение на каждую шайбу и имеют более высокий к. п. д.

Наибольшая плотность тока купроксного выпрямителя 0,1—• 0,15 а/см2 при допустимом напряжении до 8 в на один выпрямляющий слой. К. п. д. выпрямителя колеблется в пределах 20—30%. В селеновом выпрямителе допустимая плотность тока составляет 0,2—0,3 а/см2 при напряжении на одном выпрямляющем слое 16—18 в. К. п. д. селеновых выпрямителей достигает 85%.

Отметим, что в последнее время разработаны твердые выпрямители,-выпрямляющий контакт которых образуется путем сплавления монокристаллического германия с индием. Такие полупроводниковые приборы называют германиевыми диодами. Они допускают йапряжение до 200 в при силе тока 0,3 а на один контакт. Количество их выпуска промышленностью и качество непрерывно возрастают.

Селеновые и купроксные выпрямители могут работать в агрессивных средах, например в гальванических цехах, ‘они работают бесшумно, колебания нагрузки совершенно не отражаются на их работе, их можно включа‘гь как параллельно, так и последовательно. Отечественная промышленность выпускает в настоящее время много типов селеновых и купроксных выпрямителей на токи от тысячных Долей ампера до нескольких тысяч ампер.

Для целей зарядки аккумуляторных батарей наиболее пригодны выпрямители типов ВУ-2М, ВУ-2ММ, ВКАП-1 и ВСАП-2.

Рис. 62. Селеновый выпрямитель.

Выпрямители ВУ-2М и ВУ-2ММ предназначены для зарядки и формовки стартерных аккумуляторных батарей типов ЗСТЭ-112 и 6СТЭ-128 емкостью от 80 до 144 а-ч,

Оба типа выпрямителей выполняются по трехфазной схеме выпрямления.

Выпрямители ВУ-2М собираются из купроксных выпрямительных элементов размером 80 X 300 мм, а выпрямители ВУ-2ММ

Рис. 63. Общий вид выпрямителей типов ВУ-2М и ВУ-2ММ.

из селеновых выпрямительных элементов размером 100 X 100 мм. Напряжение питания для обоих типов 220/380 в, частота переменного тока 50 гц.

Регулировка выпрямленного тока и напряжения осуществляются в обоих типах коммутатором на 24 положения. Технические данные этих выпрямителей приведены в табл. 8, а общий вид представлен на рис. 63.’

Таблица 8

Устройство и габаритные размеры обоих типов выпрямителей одинаковы.

На панели расположены зажимы для присоединения питаю-ей сети (с левой стороны) и выпрямленного тока (справа). Выпря-итель имеет дверцы 9, снабженные замком. Ниже панели расположены блоки выпрямительных элементов 10. Верхняя крышка “каркаса снабжена сеткой, а боковые стенки — прорезями для вентиляции. Для сигнализации положения «включено» служит смонтированная между измерительными приборами сигнальная лампа 5. В верхней части шкафа расположен силовой трансформатор.

Выпрямители типов ВКАП-1 и ВСАП-2 предназначены для зарядки аккумуляторных батарей автопогрузчиков и электрокаров, имеющих емкость 250 и 500 а-ч. Как и предыдущие, выпрямители собираются по трехфазной схеме и питаются от сети переменного тока 220/380 в частотой 50 гц.

Выпрямители ВКАП-1 собираются из купроксных элементов размерами 80 X 300 мм, выпрямители ВСАП-2 — из селеновых выпрямительных элементов.

Технические данные обоих типов приведены в табл. 9, общий вид их показан на рис. 64.

Таблица 9

Регулирование величины выпрямленного тока и напряжения такж‘е осуществляется ступенчатым коммутатором.

Оба выпрямителя имеют в нижней части шкафа вентилятор, который включается в .работу одновременно с включением питания.

Конструктивно оба типа выполнены одинаково, с той разницей, чта вместо купроксных выпрямительных элементов в выпрямителе типа ВСАП-2 установлены селеновые. Верхняя крышка каркаса имеет сетку для улучшения вентиляции.

Кар касы выпрямителей снабжены катками для удобства передвижения и установки.

Силовой трансформатор (см. рис. 64) размещен в верхней части каркаса, за панелью приборов. Выпрямительные блоки установлены под панелью приборов. С правой стороны в верхней части каркаса установлен магнитный пускатель, доступ к которому возможен, если открыть крышку; в нижней части каркаса, с этой же стороны расположена панель нагрузки с зажимами, обозначенными знаками (+) и (—), и предохранителем.

Влючение и выключение выпрямителя производятся кнопками 111 имеющими надписи «включено», «выключено». Одновременно с включением кнопки «включено» включается сигнальная лампочка и вентилятор. Нижняя часть каркаса имеет дверцы, снабженные замком.

Рис. 64. Общий вид выпрямителей типов ВКАП-1 и ВСАП-2:
1 — панель приборов; 2 — амперметр; 3 — сигнальная лампа; 4 — вольтметр; 5—коробка с предохранителями; 6—коммутатор цепи питания; 7 — магнитный пускатель; 8 —панель нагрузки; 9 — дверцы шкафа; 10 — катки; 11 — кнопки включения и выключения; 12 —переключатель со звезды на треугольник.

Выбор зарядного агрегата. Лучшим вариантом зарядки батарей является зарядка при помощи купроксных или селеновых выпрямителей одного из приведенных выше типов. Достоинством применения этих выпрямителей является то, что в процессе зарядки батареи можно в широких пределах регулировать величину зарядного тока, и, кроме того, оно не требует устройства отдельных зарядных щитов, так как на самом выпрямителе смонтированы вольтметр, амперметр и предохранители.

Зарядка в этом случае производится по схеме выпрямитель — батарея. Недостатком такого способа является необходимость иметь большое количество выпрямителей, так как каждый выпрямитель может одновременно обслужить только одну батарею. Поэтому такой способ зарядки можно рекомендовать в том случае, гли число работающих электрокаров невелико.

В этом случае зарядка производится следующим образом. Генератор питает шины щита (обычно берется щит прислонного типа, собранный из типовых панелей), от которых отходят линии к заряжаемым батареям.

На каждой панели щита монтируется амперметр для измерения силы тока в цепи заряжаемой батареи, двухполюсный пакетный выключатель, плавкий предохранитель, реостат. В цепи каждой заряжаемой батареи устанавливается реле обратного тока.

В качестве материала для реостата может быть использован свитый в спирали константановый провод или ящики сопротивления типа СН-1, представляющие собой набор соединенных последовательно константановых проволочных элементов сопротивления, собранных на общем основании. Ящики выпускаются сопротивлением от 0,14 до 1750 ом и допускают силу тока до 100 а. В нашем случае требуется взять б ящиков сопротивлением по 0,14 ом каждый.

Может быть также применен реостат из константанового провода диаметром 3,0 мм, с сопротивлением 1 м — 0,062 ом. Допустимая сила тока для этого провода около 45 а.

Всего на реостат требуется 13 м провода, свитого в 10 спиралей, сопротивление каждой из которых составляет около 0,1 ом.

В качестве переключающего устройства может быть применен переключатель любой конструкции на 10 положений, рассчитанный на силу тока 50 а, или элементный коммутатор. Полная схема зарядного щита приведена на рис. 65. Щит состоит из трех типовых панелей прислонного типа. На панели 1 монтируются два автомата типа А15-4 с отключающей катушкой на 48 в с максимальной токовой защитой, служащие для защиты генераторов от перегрузок и коротких замыканий, и кнопки управления магнитными пускателями двигателей генераторов. На панелях 2 и 3 монтируются амперметры типа М 340 со шкалой 0 — 75 а, пакетные выключатели типа ПК-2/60 на силу тока 60 а, предохранители типа ПР2 на 100 а с плавкими вставками на 60 а и реостаты с коммутаторами. На панели 2 монтируется аппаратура, относящаяся к двум зарядным линиям, на панели 3 — аппаратура третьей линии и половина панели остается резервной. В цепи каждой зарядной линии установлено реле обратного тока типа ДТ-100 на силу тока 100 а, контакты которого при срабатывании (которое происходит, если по каким-либо причинам генератор перестанет работать) замыкают цепи отключающих катушек автоматов А15-4, и они отключают генераторы от шин зарядного щита. Ошиновка щита выполняется алюминиевыми инами сечением 15 X 3 мм. Сигнализация работы каждого зарядного агрегата осуществляется двумя сигнальными лампами, одна из которых с зеленым стеклом (агрегат выключен), вторая с красны. Питание сигнальных ламп производится от общей сети переменного тока через блок-контакты магнитных пускателей двигателей агрегатов. Реостаты возбуждения обоих агрегатов монтируются на панели ; на ней же для контроля напряжения на шинах устанавливается вольтметр типа М340 со шкалой 0—50 в. Сказанным, конечно, не исчерпываются возможные варианты схем зарядных устройств.

Рис. 65. Схема зарядного щита на три зарядных фидера.

В качестве источников питания при одновременной зарядке нескольких батарей могут также Применяться соединенные последовательно или параллельно селеновые и купроксные выпрямители, обеспечивающие получение необходимой силы зарядных токов.

Схема зарядного щита в этом случае остается такой же. Однако в этом случае на отходящих к батареям линиям целесообразно ставить автоматы типа А15, а контакты реле обратного тока включать в цепь отключающих катушек для того, чтобы предотвратить возможность разряда одной батареи на другую в случае внезапного отключения выпрямителей.

Реле обратного тока серии ДТ-100 выпускаются на значения силы тока от 6 до 1600 а. В практике зарядки аккумуляторов электрокаров можно применять реле на силы тока 25, 30 и 100 а.