При вращении якоря генератора переменное магнитное поле обмотки возбуждения пересекает трехфазную обмотку статора и индуктирует в ней переменную по величине и направлению электродвижущую силу. Под действием электродвижущей силы в цепи появляется переменный ток, который преобразуется в селеновом выпрямителе в постоянный и поступает ко всем потребителям электрической энергии.

Напряжение генератора зависит от скорости вращения якоря генератора и величины магнитного потока якоря (величины тока, протекающего по обмотке возбуждения якоря).

Реле-регулятор РР385-Б. Служит для автоматического поддержания напряжения в сети в пределах 13,5—14,3 В летом и 14,3—15,5 В зимой, что необходимо для обеспечения нормального зарядного режима аккумуляторных батарей и нормальной работы потребителей.

Реле-регулятор содержит два электромагнитных элемента: регулятор напряжения РН и реле защиты транзистора РЗ. Эти элементы имеют аналогичную конструкцию и представляют собой реле с одной парой нормально разомкнутых контактов, причем подвижный контакт обоих реле (контакт якоря) электрически соединен с корпусом (магнитопроводом) реле. В отсеке, отделенном от блока электромагнитных реле перегородкой, смонтированы: транзистор Т, который крепится на теплоотводе (латунной или алюминиевой пластинах), и два диода Дх и Д2.

В блоке электромагнитных реле под панелью расположены сопротивления. Крышка блока полупроводниковых элементов имеет отверстия для улучшения условий отвода тепла от транзистора. Между крышкой и основанием установлена резиновая уплотнительная прокладка.

По выполняемым функциям реле-регулятор можно разделить на три устройства.

1 Устройство для регулирования напряжения генератора, состоя-ее из транзистора Т, электромагнитного реле РН (регулятора напряжения), полупроводниковых диодов Дг и Д2, сопротивлений Ry, r R-, Re- Транзистор Т является исполнительным, регулирующим элементом, осуществляющим непосредственное регулирование тока возбуждения генератора, а следовательно, и напряжения генератора. Транзистор представляет собой полупроводниковый усилительный элемент, имеющий три вывода: эмиттер (э), коллектор (к) и база (б).

Электромагнитное реле РН управляет транзистором; его обмотки РНо и РНВ вместе с противодействующей пружиной являются чувствительным элементом схемы регулятора напряжения, а нормально разомкнутые контакты Кри, включенные между «плюсовой» клеммой «В» регулятора напряжения и базой транзистора, управляют транзистором. Ток управления транзистора (ток базы) незначителен, он меньше тока возбуждения генератора, примерно в 15 раз; напряжение на контактах также незначительное — порядка 1,5—2,5 В, поэтому контакты при длительной работе практически не имеют износа.

2. Устройство для защиты транзистора от коротких замыканий в цепи питания обмотки возбуждения. Это устройство содержит реле защиты РЗ и разделительный диод Д3. Реле защиты имеет три обмотки— основную Р30, вспомогательную РЗВ и удерживающую РЗу. Нормально разомкнутые контакты Крз включены через разделительный диод Д3 параллельно контактам Кра-

3. Устройство посезонной регулировки — переключатель посезонной регулировки (ППР).

ППР представляет собой устройство, состоящее из вспомогательной обмотки РНВ, намотанной поверх основной обмотки регулятора напряжения РН0, и переключателя. Конец вспомогательной обмотки через изолированную колодку присоединен к контактному диску.

Выпрямитель. Селеновый выпрямитель собран по трехфазной двухполу пер йодной мостовой схеме. Плотность тока в селеновых выпрямителях при нормальных условиях не превышает 50 мА/см2, поэтому такие выпрямители имеют большую площадь. Элементы выпрямителя устанавливаются на двух стяжных шпильках, на которые надеты изоляционные втулки. Каждый элемент выпрямителя состоит из прямоугольной алюминиевой шайбы 6 размером 100 X 200 мм, контактной шайбы, изоляционной шайбы, дистанционных стальных шайб и соединительных перемычек. Между собой элементы соединены латунными перемычками таким образом, что образуют шесть плеч. Элементы отделены один от другого стальными дистанционными шайбами на необходимое для охлаждения расстояние. В каждом плече выпрямителя имеются три параллельно соединенных элемента.

На одну сторону шайбы наносится полу проводящий слой селена; на селен напыливается тонкий слой сплава металлов (олова, кадмия и висмута). Между селеном и слоем сплава металлов после соответствующей термообработки и формирования постоянным током создается непроводящий, так называемый «запирающий» слой толщиной около 0,0001 мм.

В сплаве металлов, как во всяком проводнике, имеется большое количество свободных электронов, а в селене, как в полупроводнике, свободных электронов мало. При подведении к электроду — проводнику (сплаву металлов) отрицательного потенциала свободные электроны из проводника под действием сил электрического поля будут свободно проходить через «запирающий» слой в полупроводник. При изменении напряжения вследствие малой концентрации свободных электронов в селене ток в обратном направлении будет примерно в 300 – 500 раз меньше. Ток со стороны сплава металлов снимается контактной упругой шайбой, а с другой стороны — стальной шайбой. С помощью латунных соединительных перемычек все шайбы присоединены к проводникам, припаянным к пяти изолированным от массы клеммам кронштейнов. На кронштейнах расположены три клеммы для присоединения проводов от обмоток статора генератора и две клеммы 10 («+» и «—») для присоединения проводов и отвода выпрямленного тока в цепь питания потребителей. Во избежание коррозии шайбы окрашены эмалевой краской. Выпрямитель защищен кожухом, имеющим отверстия для лучшего охлаждения шайб во время работы. Допустимая температура нагрева шайб 70 f 75° С. При увеличении температуры нагрева шайб выпрямитель теряет свои свойства и происходит пробой «запирающего» слоя. Обратный ток выпрямителя при нормальных условиях работы не должен превышать 2,3 А.

Аккумуляторные батареи. Устройство. Наибольшее распространение получили свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Батарея состоит из эбонитового моноблока с отсеками для шести последовательно соединенных элементов. Каждый элемент состоит из положительных и отрицательных пластин. Между пластинами двух полярностей устанавливаются сепараторы. Они предупреждают возможность непосредственного контакта между пластинами; в то же время сепараторы достаточно пористы, чтобы сохранить электропроводность между пластинами. Сепараторы изготовляют из микропористого эбонита или микропористой пластмассы (мипласта).

Основой пластины является решетка, отлитая из свинцовосурьмя-нистого сплава (РЬ — 94% и Sb — 6%). Присадка сурьмы повышает литейные качества свинца, т. е. повышает его текучесть и улучшает заполнение литейных форм. Сурьма повышает жесткость сплава, понижает температуру плавления, уменьшает коэффициент линейного расширения. Однако присадка сурьмы имеет и отрицательные качества: У сплава удельное сопротивление больше, чем у свинца; примесь сурьмы повышает саморазряд батареи; повышается газовыделение у отрицательных пластин. Это происходит в результате того, что при зарядке Н1бэльшие количества сурьмы переносятся с положительных на отрицательные пластины, где возникают местные токи.

Решетку пластин заполняют пастой из свинцовых окислов. Для положительных пластин используют двуокись свинца и свинцовый глет. В активной массе положительных пластин содержится 24—28% двуокиси свинца (РЬ02) и 65—80% глета (Pb304). Глет хорошо цементируется и обеспечивает закрепление пасты в решетке положительных пластин.

Для отрицательных пластин пасту приготовляют из свинцового порошка с добавлением расширителей: гуминовой кислоты, сернокислого бария, хлопковых очесов и сажи. Порошок содержит 60—75% свинца. Расширители предотвращают уплотнение губчатого свинца отрицательных пластин и тем самым препятствуют уменьшению емкости батарей при эксплуатации. Количество расширителей очень незначительное и не превышает 0,12—0,36% всей пасты.

Батареи, собранные из таких пластин, способны после заполнения их электролитом соответствующей плотности отдавать до 75—80% номинальной емкости.

Маркировка аккумуляторных батарей трактора К-700 — 6СТ-128. Буквы и цифры означают: 6 — количество элементов в батарее, СТ — стартерный тип, 128 — номинальную емкость при 20-часовом разрядном режиме током 6,4А. Кроме того, на одном из межэлементных соединений аккумуляторной батареи имеется товарный знак завода и дата выпуска.

Принцип действия. Образование тока в аккумуляторных батареях происходит следующим образом. Как известно, дистиллированная вода практически не проводит электрический ток. Но при растворении в ней определенного количества серной кислоты (H2S04) она становится хорошим проводником. В таком растворе происходит распад (диссоциация) молекул кислоты на ионы. Процесс распада молекул на ионы называется электролитической диссоциацией, а сам раствор — электролитом.

В молекуле воды, которая является растворителем, положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислорода расположены так, что одна часть молекулы заряжена положительно, а другая — отрицательно. Молекулы, имеющие явно выраженные два полюса — положительный и отрицательный, называются полярными.

Молекулы серной кислоты состоят из положительных ионов водорода Н+ и отрицательных ионов кислотного остатка S034~. В водном растворе серной кислоты молекулы воды своими положительными полюсами располагаются в сторону отрицательного иона SO2’, а отрицательными — в сторону положительных ионов Н+, как это показано на рис. 4.

Такое воздействие молекул воды на молекулу кислоты приводит к распаду (диссоциации) последней на два положительных иона водорода Н+ и кислотный остаток SO2”, несущий двойной отрицательный заряд.

В электролите ионы движутся хаотически, процессы диссоциации молекул кислоты на ионы сопровождаются обратным процессом воссоединения их в молекулы. Однако если в электролит поместить два метал-ических электрода и соединить их с источником постоянного тока, то возникает упорядоченное перемещение ионов, причем положительные ионы Н+ будут перемещаться к катоду (отрицательному электроду), а отрицательные ионы SO2 к аноду (положительному электроду). При достижении катода ионы S024 под воздействием потенциала отдадут электроду два своих отрицательных заряда, которые представляют собой мельчайшие отрицательно заряженные частицы, называемые электронами. Поток электронов во внешней цепи приведет к образованию электрического тока.

В результате на катоде будет происходить образование газообразного водорода, а на аноде будет выделяться газообразный кислород. Выделение кислорода будет происходить вследствие того, что лишенный заряда кислотный остаток S04 становится химически активным и сразу же вступает в реакцию с молекулой воды, образуя опять молекулу серной кислоты и газообразный кислород.

Реакция протекает следующим образом:

2Н30 + 2S04 = 2H2S04 + Oa.

Образованная таким образом серная кислота снова будет диссоциировать на ионы. Следовательно, электрический ток в электролитах образуется направленным движением ионов, которые отдают или, наоборот, приобретают электроны на поверхности электродов, а во внешней цепи образование электрического тока обусловлено электронной проводимостью металлов. Электролит обладает определенным сопротивлением прохождению тока. Сопротивление электролита уменьшается с увеличением его температуры. Уменьшается сопротивление и с увеличением концентрации кислоты, но до определенного предела, так как при высоких концентрациях в электролите ионов кислоты становится меньше, чем молекул воды, и диссоциирующее воздействие последних на молекулы кислоты резко ослабляется.

Для объяснения процессов, протекающих при разряде и заряде в аккумуляторных батареях, создан ряд теорий. Однако наиболее обоснованной и проверенной опытом считается в настоящее время теория двойной сульфатации. Такое название обусловлено тем, что при разряде на положительной и отрицательной пластинах аккумуляторных батарей образуется одно и то же соединение — сернокислый свинец (сульфат свинца). Электрохимические процессы, протекающие при разряде, показаны на рис. 82.

Отрицательная пластина состоит из губчатого свинца РЬ, а положительная пластина — из двуокиси свинца РЬ02. В электролите благодаря диссоциации серной кислоты всегда имеются положительно зараженные ионы Н+ и отрицательно заряженные ионы S027-

Полярные молекулы воды своими отрицательными полюсами окружают имеющиеся в отрицательной пластине положительные ионы свинца РЬ2+ и стремятся вырвать их из пластины. В результате такого воздействия молекул воды в электролит непрерывно переходят положительные ионы свинца РЬ2+, а на поверхности пластины образуется избыток оставшихся электронов. Это приводит к образованию на пластине отрицательного заряда. На границе пластины и электролита таким образом образуется двойной электрический слой, состоящий из оставшихся в пластине электронов, имеющих отрицательный заряд, и положительно заряженных ионов свинца РЬ2+, вырванных^из пластины молекулами воды. Этот двойной слой приводит к образованию так называемого электродного потенциала. При плотности электролита, применяемой в аккумуляторных батареях, электродный потенциал отрицательной пластины будет примерно равен 0,35 В.

Образование электродного потенциала на положительной пластине происходит в следующей последовательности. Двуокись свинца, из которой состоит активная масса положительной пластины, в небольшом количестве растворяется в электролите, образуя при этом химическое соединение — гидрат окиси свинца РЬ(ОН)4. Молекулы РЬ(ОН)4 затем распадаются на четырехзарядные ионы свинца РЬ4* и четыре однозарядных отрицательных иона гидроксила 40 Н”. Ионы свинца РЬ4+ переходят на поверхность положительной пластины, образуя положительный заряд, а ионы гидроксила ОН” остаются в электролите. Таким образом, на границе положительной пластины и электролита будет образовываться двойной электрический слой, приводящий к образованию электродного потенциала положительной пластины. При плотностях электролита 1,23—1,31 г/см3 электродный потенциал положительной пластины будет примерно равен 1,68 В.

Электродвижущая сила одного элемента в аккумуляторной батарее равна разности электродных потенциалов положительной и отрицательной пластин, т.е. £а = 1,68 — (—0,35) = 2,03 В. Поскольку

аккумуляторной батарее шесть элементов, соединенных последовательно свинцовыми перемычками, то общая электродвижущая сила одной батареи равна примерно 12 В. Если к клеммам аккумуляторной батареи подключить какой-либо потребитель, например лампочку, то поя воздействием электродвижущей силы батареи по внешней цепи потечет электрический ток от положительных пластин к отрицательным.

Электроны, накопившиеся в избытке на отрицательной пластине, будут передвигаться по внешней цепи в противоположном направлении, с отрицательной пластины на положительную. На положительной пластине эти электроны будут преобразовывать четырехзарядные ионы свинца РЬ4+ в двухзарядные ионы РЬ2+, которые будут переходить в глектролит и соединяться с ионами SO2”, образуя сульфат свинца PbS04. Сульфат свинца в силу своей малой растворимости будет откладываться на поверхности положительной пластины в виде мелких кристаллов.

Химические преобразования в процессе разряда аккумуляторной батареи могут быть представлены так:

Pb02 + 2H2S04 + Pb -» PbS04 + 2H20 + PbS04

Из уравнения следует, что при разряде как на положительной, так и отрицательной пластинах происходит образование сульфата свинца, а концентрация серной кислоты постоянно понижается, так как часть серной кислоты заменяется водой.

Процессы, протекающие при заряде аккумуляторных батарей, проходят в обратной последовательности, как это показано на рис. 83.

Электрические характеристикit аккумуляторной батареи. К электрическим характеристикам аккумуляторной батареи относятся следующие: электродвижущая сила Ея, внутреннее сопротивление га, разрядное напряжение Up, зарядное напряжение^, емкость С, коэффициент электрической отдачи т], коэффициент использования материалов электродов и срок службы.

Рассмотрим основные электрические характеристики.

Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи обусловлено сопротивлением электролита, электродов и сепараторов. Сопротивление электролита зависит от его температуры и концентрации. С повышением температуры сопротивление понижается. Внутреннее сопротивление батареи должно быть очень мало, так как аккумуляторные батареи должны обеспечивать возможность кратковременной разрядки большими токами (порядка 1000—1200 А) при пуске двигателя.

Величина напряжения на клеммах батареи при разрядке и зарядке не остается постоянной. При разрядке напряжение вследствие ряда причин понижается. Величина минимального напряжения Для одного элемента батареи 1,7 В при 10-часовом разрядном режиме (разряд током, при котором аккумулятор разряжается за 10 ч). При большом разрядном токе напряжение на клеммах батареи понижается быстрее и предельное напряжение меньше.

При зарядке батареи величина зарядного напряжения постепенно повышается до 2,3 В на элемент, что объясняется повышением плотности электролита. Однако по достижении 2,3 В наблюдается более быстрый подъем зарядного напряжения, при этом появляется газовыделение («кипение»), т. е. свободное выделение водорода и кислорода в виде мелких пузырьков газа.

Количество электричества, отдаваемого аккумуляторной батареей при разрядке, характеризует емкость батареи, измеряемую в ампер-часах.

Величина емкости аккумуляторной батареи зависит от количества веществ, участвующих в реакции, от плотности электролита, от температуры электролита, от величины разрядного тока, от характера нагрузки (длительной или повторно-кратковременной), от величины саморазряда.

Емкость аккумуляторных батарей в значительной степени обусловлена температурным режимом, так как при изменении температуры изменяется вязкость электролита, а следовательно, и его диффузия.

При понижении температуры диффузия электролита в порах активной массы пластин ухудшается и емкость уменьшается. При разрядке током 10-часового режима емкость изменяется примерно на 1 % при изменении температуры на 1° С, считая за исходную емкость при 30° С.

Емкость батареи при разрядном токе 360 А, времени разряда 5 мин и температуре электролита 30° С составляет 30 А-ч.

Емкость батареи при разрядном токе 360 А, времени разряда 2,25 мин и температуре электролита —18° С составляет 14 А-ч.

Чем больше разрядный ток, тем меньше емкость. Объясняется это тем, что при большом разрядном токе большее количество вещества пластин подвергается химической реакции в единицу времени, больше кислоты должно прореагировать. Доступ электролита в поры активной массы пластин зависит от размера пор и температуры электролита.

Выключатель аккумуляторных батарей. Для отключения аккумуляторных батарей от «массы» при выполнении ремонтных, монтажных и других работ по системе электрооборудования трактора, а также при длительных стоянках трактора, с целью уменьшения их разряда, применяют выключатель аккумуляторных батарей.

Выключатель состоит из корпуса с крышкой, на которой установлен механизм включения и выключения с двумя рукоятками, и контактного устройства с выводной клеммой.

На дне корпуса расположены неподвижные пластинчатые контакты, один из них установлен на массе корпуса, а второй — на изоляционной пластине. Второй контакт имеет выводной болт с гайкой и шайбой для крепления плоского наконечника провода, идущего от «минусовой» клеммы батареи.

Подвижное контактное устройство установлено на съемной крышке корпуса и приводится в движение при помощи центральной рукоятки включения. Крышка крепится к корпусу двумя шпильками, которые одновременно являются направляющими для двух цилиндрических пружин.

Подвижное контактное устройство имеет две пары контактов: основные и дополнительные (искрогасящие). Эти контакты расположены на подвижном штоке рукоятки включения.

Включение контактов производят нажатием на центральную рукоятку до положения, при котором защелка стопорного механизма войдет в кольцевую заточку на штоке рукоятки. Первыми замыкаются дополнительные контакты, а при дальнейшем нажатии на рукоятку входят в соединение с неподвижными контактами и основные подвижные контакты. После этого клемма, к которой присоединен «минусовый» провод аккумуляторной батареи, соединяется с «массой» трактора.

Для отключения батарей от «массы» нажимают на рукоятку, тогда защелка стопорного механизма выйдет из кольцевой заточки штока и усилием пружин шток с укрепленными на нем контактными пластинами поднимется вверх и произойдет выключение контактов. При этом

первыми размыкаются основные контакты 8, а затем дополнительные (искрогасящие).

Работа системы энергоснабжения. На рис. 9 представлена схема системы энергоснабжения трактора. Из электротехники известно, что если в схеме имеются два источника тока, то потребители питаются от того, где напряжение в данный момент выше, а источник тока, имеющий более низкое напряжение, является потребителем электроэнергии. Напряжение генераторной установки (генератор, селеновый выпрямитель, реле-регулятор) на тракторе подобрано таким образом, чтобы при работе-двигателя с частотой вращения, равной 1700 об/мин, напряжение ее было несколько выше, чем напряжение полностью заряженных аккумуляторных батарей. Этим обеспечивается постоянный подзаряд аккумуляторных батарей на тракторе. Если генераторная установка по какой-либо причине снизит свое напряжение, то питание потребителей автоматически будет осуществляться от аккумуляторных батарей.

В начальный момент после включения выключателя батарей, т. е. соединения «минусовых» клемм батарей с корпусом трактора и пуска двигателя, частота вращения двигателя не велика и напряжение генераторной установки мало. По мере роста частоты вращения двигателя растет напряжение генераторной установки и повышается до тех пор, пока не вступит в работу реле-регулятор. Реле-регулятор поддерживает напряжение в сети трактора постоянным независимо от дальнейшего увеличения частоты вращения двигателя.

Таким образом, на клемме «+£х» переключателя происходит суммирование токов, идущих в обмотку возбуждения генератора от двух групп аккумуляторных батарей.

По этим же цепям происходит питание от аккумуляторных батарей всех потребителей в следующих случаях: при неработающем двигателе трактора; при малой частоте вращения коленчатого вала двигателя трактора; при неисправной генераторной установке.

В данных случаях ток от аккумуляторных батарей суммируется на клемме «+£x» переключателя и, пройдя через амперметр и провод «183», разветвляется: часть его пойдет через предохранитель 3 в обмотку возбуждения генератора (как это уже было описано в цепи I), а другая часть от клеммы предохранителя по проводу «166» на предохранители всех потребителей.

Таким образом, контакты /Срн, замыкаясь и размыкаясь с определенной частотой (30—45 1/с), будут то запирать, то отпирать транзистор, тем самым регулируя поступление тока в обмотку возбуждения генератора.