《直流系统》word版

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1、第九章直流系统及二次回路第一节蓄电池的基础知识在发电厂中，供给控制、信号、自动装置、事故照明和交流不停电电源装置的电源，称为直流电源，也称直流操作电源。蓄电池是一种独立可靠的直流电源，无论系统中发生任何事故，甚至是全厂停电的情况下，仍能保证提供可靠的操作电源，因而在发电厂中得到广泛的应用。一．蓄电池的工作原理蓄电池是储存直流电能的一种设备，它能把电能转变为化学能储存起来（充电），使用时再把化学能转变为电能（放电），供给直流负荷，这种能量的转变过程是可逆。蓄电池根据电极或电解液所用的物质不同，可分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种，应用较多的为铅酸蓄电池，这里就以铅酸蓄电池为例，对其构造及工作原理

2、进行介绍1．铅酸蓄电池的构造如图9—1所示，蓄电池由极板、电解液和容器构成。极板分正极板和负极板，在正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2）,负极板上的活性物质是灰色海绵状的金属铅（铅绵），电解液是浓度为27—37%的硫酸水溶液（稀硫酸），其比重在15℃时为1.21，放电时比重稍微下降。正极板采用表面式的铅板，在铅板表面上有许多肋片，这样可以增大极板与电解液的接触面积，以减少内阻和增大单位的蓄电容量。负极板采用匣式的铅板，中间有较大的栅络，；两边用有孔的薄铅皮加以封盖，以防止多孔性物质（铅绵）的脱落。匣中充以参加电化学反应的活性材料，即将铅粉及稀硫酸等物质调制成浆糊状混合物，涂填在铅质栅格

3、骨架上。极板在工厂经过加工处理后，正极板的有效物质为深棕色的二氧化铅，负极板中的有效物质是淡灰色绵状的金属铅。正、负极板之间用多孔性隔板隔开，以使极板之间保持一定距离。电解液面应比极板上边至少高出10mm，比容器上边至少低15—20mm。前者是为了防止反应不完全而使极板翘曲，后值是防止电解液沸腾时从容器内溅出。蓄电池中负极板总比正极板多一块，使正极板的两面在工作中起的化学作用尽量相同，以防止极板发生翘曲变形。同极性的极板用铅条连接成一组，此铅条焊接在极板的突出部分，并用耳柄挂在容器的边缘上，为了防止在工作过程中有效物质脱落在底部沉积，造成正、负极板短路，所以极板的下边与容器底部应有足够的距

4、离。2．蓄电池的工作原理⑴放电。把正、负极板互不接触而浸入容器的电解液中，在容器外用导线和灯泡把两极板连接起来，如图9—1中（a）所示，此时灯泡亮，因为二氧化铅和铅板都与电解液中的硫酸起了化学变化，使两极板之间产生了电动势，在导线中有电流流过，即化学能变成了电能。这种由于化学反应而输出电流的过程称为蓄电池放电。放电时，正负极板上的活性物质都与硫酸发生了化学变化，生成硫酸铅PbSO4。当两极板上大部分活性物质都变成了硫酸铅后，蓄电池的端电压就下降，当端电压降到1.8—1.75V以后，放电不宜继续下去，此时两极板间的电压称为终止放电电压。⑵充电。如果把外电路中的灯泡换成直流电源，并且把正极板接

5、外电源的正极，负极板接外电源的负极，如图9—1中（b）所示，当外接电源的电压高于蓄电池的电势时，外电源的电流就会流入蓄电池，电流的方向刚好与放电时的电流方向相反，于是在蓄电池内就产生了与上述相反的化学反应，就是说，硫酸从极板中析出，正极板又转化为二氧化铅，负极板又转化为纯铅，而电解液中硫酸增多，水减少。经过这种转化，蓄电池两极之间的电动势又恢复了，蓄电池又具备了放电条件。这时，外接电源的电能充进了蓄电池变成化学能而储存起来，这种过程称为蓄电池充电。当充电电压上升到大约2.3V时，极板上开始有气体析出，正极板上逸出氧气，负极板上逸出氢气，造成强烈的冒气现象，这种现象称为蓄电池的沸腾。沸腾的原

6、因是负极板上硫酸铅已经很少了，化学反应逐渐转变为水的电解所造成。为了减少能量损耗，防止极板活性物质脱落，因此在充电终期时，充电电流不宜过大，在有气体放出时应减少充电电流。在充电终期时，正、负极的颜色由暗淡色变为鲜明，蓄电池发生强烈的气泡，当蓄电池端电压在2.5—2.7V并经1h不变，即认为充电已完成。⑶蓄电池自放电现象。由于电解液所含金属杂质沉淀在负极板上，以及极板本身活性物质中也含有金属杂质，因此，在负极板上形成局部的短路，形成了蓄电池的自放电现象。通常在一昼夜内，铅蓄电池由于自放电，将使其容量减少0.5—1%。自放电现象也随着电解液的温度、比重和使用时间的增长而增加。⑷蓄电池放电和充电

7、程度的测量。已知放电时电解液因硫酸减少而变稀，充电时电解液因硫酸增多而变浓。因此，电解液的浓度就代表着蓄电池放电和充电的程度。电解液的浓度用其密度大小来衡量，液体的比重是液体的质量与相同容积水的密度的比值，水的密度为1，蓄电池使用的纯硫酸的密度是1.83，因此电解液的比重总是大于1，具体数字要看其中所含硫酸的多少而定。蓄电池放电放得越多，电解液中硫酸越少，比重就越小；反之，充电充得越多，电解液中硫酸越多，比重就越大。通常