电器电子教案1.doc

第一章 电源系统汽车拖拉机电源系统的功用是向整车用电设备提供电能电源系统主要由蓄电池、发电机和调节器组成在汽车拖拉机上装备的蓄电池和发电机两个直流电源中，蓄电池是辅助电源，发电机是主要电源；调节器是一种电压调节装置，其功用是在发电机转速变化时自动调节发电机的输出电压并使其保持稳定在汽车拖拉机上，蓄电池与发电机并联工作，整车电器与电子设备均与两个直流电源并联连接（图 1-1）电路一般采用电压为 12V 或 24V 的单线制直流电路图 1-1 整车用电设备与电源并联连接第一节 蓄电池一、蓄电池的功用蓄电池种类较多，根据电解液不同，有酸性和碱性之分由于铅酸蓄电池内阻小，电压稳定，在短时间内能供给较大的起动电流，而且结构简单，价格较低，所以在汽车拖拉机上被广泛采用蓄电池为一可逆直流电源，在汽车拖拉机上与发电机并联，它的主要作用是：（1）发动机起动时，蓄电池向起动机和点火装置供电起动发动机时，蓄电池必须在短时间内（5~10s）给起动机提供强大的起动电流（汽油机为200~600A柴油机有的高达 1000A）2）在发电机不发电或电压较低发动机处于低速时，蓄电池向点火系及其它用电设备供电，同时向交流发电机供给他激励磁电流。

3）当用电设备同时接入较多，发电机超载时，蓄电池协助发电机共同向用电设备供电4）当蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时，可将发电机的电能转变为化学能储存起来，即充电5）蓄电池还有稳定电网电压的作用当发动机运转时，交流发电机向整个系统提供电流蓄电池起稳定电器系统电压的作用蓄电池相当于一个较大的电容器，可吸收发电机的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏延长其使用寿命二、蓄电池的构造蓄电池的构造如图 1—2 所示，车用 12V 蓄电池均由 6 个单格电池串联而成，每个单格的标称电压为 2V，串联成 12V 的电源，向汽车拖拉机用电设备供电 图 1—2 蓄电池的构造1.正极板 2.负极板 3.肋条 4.隔板 5.护板 6.封料 7.负极接线柱 8.加液孔螺塞 9.连接条 10.正板接线柱 11.电极衬套 12.蓄电池外壳蓄电池主要由极板、电解液、格板、电极、壳体等部分组成1．极板极板分为正极板和负极板两种蓄电池的充电过程是依靠极板上的活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的正极板上的活性物质是深棕色的二氧化铅（PbO 2），负极板上的活性物质是海绵状、青灰色的纯铅（Pb）极板的形状如图 1-3 所示。

图 1-3 极板的形状正、负极板的活性物质分别填充在铅锑合金铸成的栅架上，加入锑的目的是提高栅架的机械强度和浇铸性能但锑有一定的副作用，锑易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池的自行放电和栅架的膨胀、溃烂，从而影响蓄电池的使用寿命负极板的厚度为 1.8mm，正极板为 2.2mm，为了提高蓄电池的容量，国外大多采用厚度为 1.1~1.5mm 的薄型极板另外，为了提高蓄电池的容量，将多片正、负极板并联，组成正、负极板组在每单格电池中，负极板的数量总比正极板多一片，正极板都处于负极板之间，使其两侧放电均匀，否则因正极板机械强度差，单面工作会使两侧活性物质体积变化不一致，造成极板弯曲2．隔板为了减少蓄电池的内阻和体积，正、负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路，所以在相邻正负极板间加有绝缘隔板隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，而且应具有良好的耐酸性和抗碱性隔板材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料以及浸树脂纸质等近年来，还有将微孔塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质脱落3．壳体蓄电池的外壳是用来盛放电解液和极板组的，外壳应耐酸、耐热、耐震，以前多用硬橡胶制成现在国内已开始生产聚丙稀塑料外壳。

这种壳体不但耐酸、耐热、耐震，而且强度高，壳体壁较薄（一般为 3.5mm，而硬橡胶壳体壁厚为 10mm），重量轻，外型美观，透明壳体底部的凸筋是用来支持极板组的，并可使脱落的活性物质掉入凹槽中，以免正、负极板短路，若采用袋式隔板，则可取消凸筋以降低壳体高度4．电解液电解液的作用是使极板上的活性物质发生溶解和电离，产生电化学反应，它由纯净的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成电解液的相对密度一般为1.24~1.30（15℃）5．联条车用 12V 蓄电池的 6 个单格电池之间的连接方法有两种，一种是用装在盖子上面的铅质联条串联起来，连条露在蓄电池盖表面（图 1-4a），这是一种传统的连接方式，不仅浪费铅材料，而且内阻较大，故这种连接方式正在逐渐被淘汰第二种是采用穿壁式连接方式（图 1-4b）a） （b）图 1-4 单格电池的连接方式1.容器间壁 2.连条 3. 蓄电池盖（a）外连接式 （b）穿壁式蓄电池各单格电池串联后，两端单格的正负极桩分穿出蓄电池盖，形成蓄电池极桩正极桩标“+”号或涂红色，负极桩标“-”号或涂蓝色、绿色等。

6．加液孔盖加液孔盖可防止电解液溅出加液孔盖上有通气孔，便于排出蓄电池内的H2和 O2，以免发生事故，如在孔盖上安装氧过滤器，还可以避免水蒸汽的溢出，减少水的消耗三、蓄电池的型号蓄电池的型号按我国机械工业部 JB2599—85 起动用蓄电池标准规定，其型号编制和含义由 5 个部分组成：串联单格数蓄电池类型 蓄电池特征 额定容量 特殊性能1 2 3 4 51 表示串联单格数，用阿拉伯数字表示如：6 表示有 6 个单格，12V 的蓄电池2 表示蓄电池类型，用汉语拼音的第一个字母表示，如 Q 为起动型3 表示蓄电池特征，蓄电池的特征为附加说明，在同类用途的产品中具有某种特征需要在型号中加以区别时采用，特征也以汉语拼音字母表示（表 1-1），如“A”表示干式负荷电极板如果产品同时具有两种特征，原则上按表 1-1 的顺序将两个代号并列标示而干封蓄电池一般略去不写4 表示 20h 放电率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为 A•h5 表示特殊性能，用汉语拼音第一个字母表示，如 G——表示薄型极板，高起动率；S——表示塑料外壳；D——表示低温起动性能好。

例如：东风 EQl40 汽车用 6—Q—105 型起动蓄电池，即是由 6 个单格电池串联，额定电压为 12V，额定容量为 105Ah 的干封式起动型蓄电池解放 CAl41汽车用 6—QA—100 型蓄电池，即是由 6 个单格电池串联，额定电压为 12V，额定容量为 100Ah 的干荷式起动型蓄电池表 1-1 铅酸蓄电池特征代号特征代号 蓄电池特征 特征代号 蓄电池特征 特征代号 蓄电池特征A 干荷电 J 胶体电解液 D 带液式H 湿荷电 M 密闭式 Y 液密式W 免维护 B 半密闭式 Q 气密式S 少维护 F 防酸式 I 激活式四、蓄电池的工作原理蓄电池的充电过程和放电过程是一种可逆的化学反应，充放电过程中蓄电池内的导电是靠正、负离子的反向运动来实现的1．放电过程当极板浸入电解液时，在负极板，有少量铅溶入电解液生成 Pb2+，从而在负极板上留下两个电子 2e，使负极板带负电，此时负极板具有 0.1V 的负电位在正极板处，少量 PbO2溶入电解液，与水反应生成 Pb（OH） 4再分离成四价铅离子和氢氧根离子一部分 Pb4+沉附在正极板上，使极板呈正电位，约为＋2.0V故当外路未接通时，蓄电池的静止电动势 E0约为：E0＝2.0 -（–0.1）＝2.1V若接通外电路，在电动势的作用下，使电路产生电流 If，在正极板处 Pb4+ 和负极板来的电子结合，生成二价铅离子 Pb+ +，Pb + +再与电解液中的 SO42- 结合，生成 PbSO4而沉附在正极板上，使得正极板电位降低，则正极板上的总反应式为： OHPbSOHPb24422 在负极板处 Pb2+与 SO42-结合，生成 PbSO4而沉附在负极板上。

正极板上的总反应式为： eHPbSOHPb2442放电过程可归纳为图 1-5 来表示图 1-5 蓄电池的放电过程如果外电路不中断，正、负极板上的 PbO2和 Pb 将不断地转化为 PbSO4电解液中的 H2SO4将不断的减小，而 H2O 增多，电解液相对密度下降理论上讲，放电过程将进行到极板上的活性物质全部变为 PbSO4为止但由于电解液不能渗透到活性物质的最内层中去，在使用中，所谓放电完了的蓄电池，也只有20％~30％的活性物质变成了 PbSO4故采用薄型板，增加多孔率，有促于提高活性物质的利用率2．充电过程充电时，蓄电池接直流电源，因直流电源端电压高于蓄电池电动势，故电流从正极流入，负极流出这时，正、负极板发生的反应与放电过程相反，如图 1-6 所示图 1-6 蓄电池的充电过程正极板处有少量 PbSO4溶于电解液变成 Pb2+和 SO42-，Pb 2+在电源力作用下失去两个电子变成 Pb4+，它又和电解液中 OH－ 结合，生成 Pb（OH） 4，Pb（OH） 4又分解成 PbO2和 H2O，PbO 2沉附在正极板上，而 SO42-与电解液中的 H+结合成H2SO4，则正极板上总反应为： 42424 SOHPbSePbS负极板上有少量 PbSO4溶入电解液中，变成 Pb2+和 SO42-，Pb 2+在电源作用下获得两个电子变成 Pb，沉附在附报板上，SO 42-则和电解液中 H+结合变成H2SO4，则负极板上总反应为： 4242SOHPbePbSO可见充电过程中消耗了水，生成了硫酸，故充电时电解液的相对密度是上升的，而放电时电解液相对密度是下降的。

蓄电池在充、放电过程中，总的反应如下： 电 解 液负 极 板正 极 板充 电电 解 液负 极 板正 极 板 放 电 OHPbSOSHPbO244422 五、蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性主要包括静止电动势、内阻、充放电特性和容量等1．静止电动势和内阻在静止状态下（是指不充电不放电的情况），蓄电池正、负极板的电位差（即开路电压）称为蓄电池的静止电动势 E0，其大小取决于电解液的相对密度和温度在相对密度为 1.050~1.300 范围内，单格电池的静止电动势 E0可用如下经验公式来近似计算：E0 =0.84 ＋ γ 15℃式中， γ 15℃ 为电解液在 15℃时的相对密度实测所得电解液相对密度应按下式换算成 15℃时的相对密度：γ 15℃ = γ t＋β（t－15）式中， γ t—实际测得的相对密度；t—实际测得的温度；β—相对密度温度系数，β=0.00075，即电解液温度升高 1℃，相对密度下降 0.00075蓄电池电解液的相对密度在充电时增高，放电时下降，一般在 1.12~1.38之间波动，因此蓄电池的静止电动势也相应的变化在 1.97~2.15V 之间蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液、铅质联条等的内阻。

充电后，极板电阻变小；放电后，由于生成的 PbSO4增多，极板电阻增大隔板电阻因所用材料而异，木质隔板电阻比其他隔板电阻大电解液的电阻随相对密度、温度而变化，电阻随温度的降低而增大，另外，当相对密度为 1.2（15℃），因电解液离解最好，电阻最小总之，蓄电池的内阻比较小，能获得较大的输出电流，适合起动的需要2．充电特性蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压 UC、电动势 E和电解液相对密度 γ 15℃ 随时间变化的规律图 1-7 为蓄电池以恒电流充电时的特性曲线图 1-7 蓄电池的充电特性曲线Ic.充电电流 U c.充电端电压 E.电动势 E 0.静止电动势 R 0.内阻 t.充电时间 ΔE.电位差 γ 15℃ .电解液在 15℃时的相对密度在充电过程中，电解液相对密度 r15℃ ，。