工程机械电气设备

1、工程机械电气设备,本学期内容,绪论,电源系统,起动系统,点火系统,教学内容,教学重难点,教学重点,教学难点,工程机械电气设备的特点 蓄电池的结构,重点 难点,工程机械电气设备的组成,一、工程机械电气设备的组成：,1电源系统 2起动系统 3点火系统 4照明与信号系统 5仪表系统 6空调系统,二、工程机械电气设备的特点,1低压电 2直流电流 3并联连接 4负极搭铁、单线制,第一节：电源系统概述,工程机械电源系统的组成： 蓄电池、发电机及调节器、相关线路等组成。 蓄电池与发电机并联，作用如下： 1起动发动机时，给起动机供电；汽油机还给点火系供电； 2发电机不工作或者输出电压低时，向用电设备供电； 3

2、发电机短时超载可以协助发电机向用电设备供电； 4蓄电池储电不足时，将发电机的电量存储起来； 5具有电容器的作用，能吸收瞬时高压电，保护电路电子元件不被损坏。,第二节 蓄电池的构造与型号,一、蓄电池的构造 极板组 隔板 电解液 外壳 连接条 极柱 加液孔盖,(1)极板,1)极板的结构如图所示 由栅架和活性物质组成。,2）栅架,由铅锑合金浇铸而成。普通栅架含锑量5%7%；干荷电蓄电池栅架含锑量1.5%2.3%。,目前，多采用铅低锑合金栅架或铅钙锡合金栅架。 为降低蓄电池内阻，改善启动性能，现代汽车蓄电池采用了放射型栅架。,栅架,放设型 栅架,3）活性物质,正极板上的活性物质为二氧化铅（PbO2），

3、呈深褐色。 负极板上的活性物质为海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。 思考：为什么负极板比正极板多一片？ 注意：因为正极板化学反应剧烈，所以在单格电池中，负极板总比正极板多一片。使每一片正极板都处于两片负极板之间，保持其放电均匀，防止变形。,蓄电池构造,4)极板组的结构,为了增大容量，一般将多片正极板（413片）和多片负极板（514片）分别并联，组成正负极板组,如图所示。,(2)隔板,作用：在正负极板间起绝缘作用，使电池结构紧凑。 特征：（1）隔板有许多微孔，可使电解液畅通无阻。（2）隔板的结构有沟槽状、袋装等。 沟槽状隔板比极板面积稍大，安装时沟槽面对着正极板，且与底部垂直。 袋式隔板安装时仅包住

4、正极板，因为正极板活性物质比较松散，容易脱落。,3. 电解液,由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成，一般密度为1.241.30g/cm3 ，使用中应根据地区、气候条件和制造厂的要求而定。 电解液的作用：形成电流，促使极板活性物质溶离，产生可逆的电化学反应。 注意：不允许用工业硫酸和自来水、井水、河水等配制。因其杂质多，易引起自放电，从而影响蓄电池寿命。,4. 外壳,外壳用于盛装电解液和极板组。外壳应耐酸、耐热、耐振动冲击。 外壳由橡胶外壳和聚丙乙烯塑料两种，普遍采用的是塑料外壳。外壳为整体式结构，壳内间壁分成3个或6个互不相通的单格。单格底部有凸筋用来积存极板脱落的活性物质。蓄电池单格电池之间均

5、用铅质联条串联。 注意：每个单格电池设有一个液孔，可以加注电解液或检测电解液密度。孔盖上设有通气孔，便于排出蓄电池内部气体，防止外壳涨裂，发生事故。,单格电池间穿壁连接示意图,5.连接条,连接条的作用： 将单格蓄电池连接起来，提高整个蓄电池的端电压。 采用铅锑合金铸造而成。 连接方式：跨壁式 穿壁式 敞露式,6.极柱,蓄电池的首尾两极板上的横板上各有一个接线柱，称为蓄电池的正负极柱。 分为：侧孔型、锥形和L型3种。 区分： 正极柱：标有+或涂红色，较粗 负极柱：标有-，较细,二、蓄电池的规格型号,铅蓄电池的型号分为三部分： 如型号6QA60代表额定电压12V、额定容量60Ah的起动型干荷电铅蓄

6、电池。,1、6-QAW-100 2、6-QA-105G,1、表示由6个单格蓄电池串联组成，额定电压为12v，额定容量为100A.h的起动用干荷电免维护蓄电池。,型号举例及练习,2、表示由6个单格蓄电池串联组成，额定电压为12v，额定容量为105A.h的起动用干荷电高起动率蓄电池。,第三节 蓄电池的工作原理,一、蓄电池的工作原理 1.蓄电池充放电的电化学方程式： PbO2+2H2SO4+Pb2PbSO4+2H2O 结论： （1）具有可逆性。 （2）充浓放稀。 （3）正极板附近化学 反应较负极板附近 化学反应剧烈。,2.放电过程,蓄电池将化学能转换为电能的过程成为蓄电池的放电过程。 放电过程具有以

7、下特征： 1.正负极板上的活性物质逐渐转变为PbSO4 。 2.随着放电的进行，电解液中的H2SO4逐渐减少，水增多，电解液密度下降。（检测） 3.蓄电池的内阻增大，蓄电池的供电能力逐渐下降。,3.充电过程,蓄电池将外接电源的电能转换成化学能储存起来的过程，称为蓄电池的充电过程。 充电时，两者并联。 充电过程具有以下特征： 1.正负极板上的活性物质逐步转换为PbO2、Pb 。 2.随着充电的进行，电解液中的水减少，PbSO4增多，电解液密度上升。（判断充电程度） 3.蓄电池内阻减少，同时，蓄电池的供电能力逐渐恢复。,二、蓄电池的主要工作参数,铅蓄电池的主要工作参数包括： 1、电动势（静止电动势

8、） 无负荷情况下的端电压称为蓄电池的电动势。 Ej=0.85 +25C（V）；25C=1+ （t-25） 与电解液的温度和密度有关，因此采用测量电解液的密度可以判断蓄电池的放电程度。 2、内电阻（主要是电解液的电阻） 为极板、电解液、隔板、连接条和极柱等电阻的总和。 反映了蓄电池带负荷的能力。内阻越小，输出电流越大，带负荷的能力越强。 3、端电压 放电时，端电压小于电动势 Uf=E-IfRo 充电时，端电压大于电动势Uc=E+IcRo,1.蓄电池的放电特性,是指充足电的蓄电池在恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf 和电解液密度25 随放电时间的变化规律。恒流放电特性曲线如图所示。,三、蓄电池的工

9、作特性,端电压分析 U=E-IR （1）开始放电阶段（2.112V）：消耗孔隙内的硫酸，U下降较快。 （2）相对稳定阶段（21.85V）：孔内消耗孔隙内的硫酸与孔外消耗的硫酸达到动态平衡，U缓慢下降。 （3）迅速下降阶段（1.851.75V）： 蓄电池放电终了的标志： （1）单格电压降到放电终止电压值(以20小时放电率放电时，此值为1.75V） （2）电解液相对密度下降到最小许可值，约1.11g/cm3。,2充电特性 在恒流充电过程中，单格电池的端电压UC 和电解液相对密度25 随时间的变化规律。 恒流充电特性曲线如图所示。,UC 变化规律：UC = E + IC Ri （1）充电开始阶段（1

10、.952.10V）：孔稀内生成硫酸，端电压迅速上升。 （2）稳定上升阶段（2.102.4V）：孔内生成的硫酸与孔外消耗的硫酸达到动态平衡， U缓慢上升。 （3）充电末期电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。 （4）充电停止后，端电压逐渐下降至静止电动势。 蓄电池充电终了的标志： （1）电解液中剧烈冒汽泡，呈沸腾现象。(电解水) （2）端电压和电解液相对密度均上升到最大值，且在23小时不再升高。,1. 蓄电池的容量：指完全充足电的蓄电池在放电允许的范围内输出的电量；表示蓄电池的供电能力。 蓄电池以恒流放电时，Q=Iftf（Ah） 分类：额定容量和起动容量 （1）额定容量：将充

11、足电的蓄电池在电解液温度为25时，以20h放电率的放电电流连续放电20h，使单格蓄电池端电压下降到1.75V时所输出的电量。 （2）起动容量：起动时的供电能力。分常温起动容量和低温起动容量。 常温起动容量：即电解液温度为250C时，以5min率放电的电流（3倍额定容量的电流）连续放电至单格电压降到1.5v时所输出的电量，其持续时期应在5min以上。 低温起动容量：即电解液温度为-180C时，以3倍额定容量的电流连续放电至单格电压下降到1.5v时所输出的电量，其放电的时间在2.5min以上。,四、蓄电池的容量及其影响因素,2、蓄电池容量的影响因素,（1）构造因素对容量的影响极板厚度越薄，活性物质

12、的利用率就越高，容量就越高。极板面积越大，同时参与反应的物质就越多，容量就越大。同性极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容量越大。,1)放电电流 放电电流越大，蓄电池输出的容量越小。,注意 在使用起动机时，必须严格控制起动时间，每次接入起动机的时间不得超过5s，两次起动应间隔15s以上,放电电流与容量关系,（2）使用因素对容量的影响,2)电解液温度 电解液温度降低，蓄电池输出的容量减小，如图所示。 注意 冬季应注意对蓄电池的保温,温度粘度渗入极板困难，活性物质利用率Q；同时，粘度内阻内压降端电压Q。,电解液温度与容量关系,3)电解液的相对密度 实践证明，采用较低的电解液相对密度，可以提高蓄电池输出

13、大电流的能力和大电流放电时的容量。电解液相对密度对容量的影响如图所示。 注意冬季，在不致结冰的前提下，应尽量采用稍低密度的电解液。,电解液相对密度与容量关系,4）电解液的纯度 不纯的电解液存在一些有害杂质会腐蚀栅架，并且杂质还会导致自行放电多，蓄电池的容量降低。 注意：使用过程中，一定要采用纯硫酸和蒸馏水配制电解液。,第四节 蓄电池的充电,蓄电池的充电: 定义：将充电电源的电能转化为蓄电池的化学能的过程，称为蓄电池的充电。 目的:为了保持蓄电池有足够的容量，延长蓄电池的使用寿命，必须对其进行充电，充分转化极板上的活性物质。 种类：初充电、补充充电、去硫化充电、均衡充电、预防硫化过充电,一、充电

14、种类,1、初充电 适用：待启用的新蓄电池或修复后的蓄电池。 特点：充电电流小，充电时间长。 步骤： 检查外部、通气孔加注电解液，静置6-8h 选择充电电流（IC1=Q20/15， IC2=Q20/30 ） 连接蓄电池-充电过程中应注意问题 调整电解液密度。 对于新蓄电池的初充电工作，应进行1-3次充放电循环，一边检查蓄电池是否达到额定容量； 更换部分极板的修复蓄电池，电解液密度要低于规定值0.03-0.06g/cm3，并按规定电流的50%-80%充电。,2.补充充电,适用：连续使用3个月或起动机起动无力，应对蓄电池进行补充充电。 判断依据：密度下降低于1.20g/cm3，冬季放电超过额定容量的

15、25%，夏季超过50%；单格蓄电池电压降到1.7v以下；照明系统灯光比正常黯淡等。 充电后，蓄电池若不用，没两个月对其进行一次补充充电 步骤：检查外部、通气孔、液面高度液面不足补加蒸馏水至极板上沿15mm 检查单格电压选择充电电流（ IC1=Q20/10， IC2=Q20/20 ） 充电时间约为1316h。,3.去硫化充电,适用：轻度硫化，可用充电的方法予以消除 步骤： （1）倒出电解液，用蒸馏水冲洗两次，再加入蒸馏水 （2）用IC=Q20/30（A）的电流进行充电，当密度上升到1.15g/cm3时，倒出电解液，再加蒸馏水继续充电，直至密度不再上升； （3）以20h率放电电流放电至单池电压降到

16、1.75V时，再进行上述充电。反复进行以上过程，直至输出容量达到额定容量的80%以上，即可使用。,4、均衡充电 使用：弥补制造或使用等因素而导致的蓄电池单格端电压、电解液密度、容量等差异。 步骤：用正常的方法冲完电，停1h然后以20h的放电率放电，充2h停1h，反复三次，直至各单格蓄电池一开始充电就立即剧烈产生气泡，最后，调整好电解液密度至规定值。 5、预防硫化充电 适用：防止极板硫化，每隔3月进行一次。 步骤：正常的充电方法充电结束后，停1h，用50%的充电电流充电至蓄电池“沸腾”为止。重复几次，直到一旦充电立即“沸腾”为止。,二、充电设备,目前常用的充电设备是硅整流充电机、可控硅整流充电机

17、和可控硅快速充电机。 特点：结构简单、操作维修方便、整流效率高、工作稳定可靠和寿命长。,可控硅整流充电机,硅 整 流 充电 机,硅整流 充 电 机,智能充电机,三、充电方法,通常蓄电池的充电方法有： 定电流充电、定电压充电和脉冲快速充电三种。 （1）定流充电在充电过程中，充电电流恒定不变（通过调整电压，保证电流不变）的方法。 可以将不同电压等级的蓄电池串在一起充电，充电电流的选择应按容量最小的选择。 优点：充电电流可任意选择，有益于延长蓄电池寿命，可用于初充电和去硫化充电。 缺点：是充电时间长，且需要经常调整充电电流。,（2）定压充电 在充电过程中，充电电压恒定不变的方法。 可将电压相同的蓄电

18、池并联一起充电。 优点：充电速度快，充电时间短，充电电流IC会随着电动势E的上升，而逐渐减小到零，使充电自动停止，不必人工调整和照管。 缺点：充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和去硫化充电。只能用于补充充电。,（3）脉冲快速充电法以脉冲大电流充电来实现快速充电的方法。 优点： 1.充电效率高。新蓄电池不超过5h，旧的补充充电仅需要半小时左右。 2.可以增加蓄电池的容量。 3.具有显著的去硫化作用。,蓄电池的分类,铅酸蓄电池,镍碱蓄电池,普通,干荷,湿荷,免维护,汽车用蓄电池,电动车 蓄电池,双击画面 观看视频,普通蓄电池,干荷电蓄电池,免维护蓄电池,第五节 常

19、见蓄电池,一、干荷电铅蓄电（A） 1、极板组在干燥状态下，能够较长时期保存在制造过程中获得的电荷。 2、在保存期内，加入电解液，静置30min即可使用， 不需初充电。 3、保质期两年，超过两年需要进行补充充电5-10h。 4、应用在奥拓等车型上。,二、湿荷电蓄电池 1.极板组在湿润的状态下，能够长期保持在制造过程中获得的电荷。 2.允许储存6个月，在此期间，只需加注符合标准的电解液，20min后，不经初充电既可以使用。 3.超期需补充充电。,1、合理使用时，可3.54年不需添加蒸馏水； 2、栅架采用铅钙锡合金或低锑合金制成，减少析气量，耗水量和自放电量，可以较长时间作湿式储存； 3、采用袋式隔

20、板、采用穿壁式联条； 4、采用新型的安全通气装置，可减小电解液的损耗，减少电桩腐蚀，减少水的消耗； 5、耐过充电，使用寿命长。,三、免维护铅蓄电池（MF）,6、内部有温度补偿型密度计，壳体上有观察孔，通过观察孔中小球的颜色，可指示存电情况和液面高度。 1）绿色为蓄电池存电充足； 2）黑色为蓄电池亏电，需补充充电； 3）黄色或白色为电解液液面过低，应添加蒸馏水。 7、应用在许多轿车上,最好每半年进行一次补充充电，以保持蓄电池容量。 8、缺点：生产工艺较复杂，成本较高。,四、胶体电解质铅蓄电池,电解液为胶状物质；主要成分是硅酸钠和硫酸钠； 胶状电解质不流动、不贱出，使用、维护、保管运输都方便。 耐

21、过充电，活性物质不易脱落。 耐硫化，蓄电池放电时，产生的硫酸铅很难溶解到电解液中。 缺点： 胶状电解质的电阻大，蓄电池的内阻大，大电流放电时，蓄电池容量有所降低。 极板易腐蚀，自行放电大。,五、碱性蓄电池和高能蓄电池,1、碱性蓄电池：使用碱性电解液 主要有：铁镍蓄电池 镉镍蓄电池 银锌蓄电池 2、高能蓄电池 比较有前景的有：钠硫高能蓄电池 燃料高能蓄电池 锌空气高能蓄电池,第六节 蓄电池的维护与性能检测,一、蓄电池的正确使用与维护 1.日常使用和维护 1）及时充电。 24h内；两个月/次 2）正确使用起动机 5s；15s 3）经常清除表面灰尘污染物 保持干燥、清洁，清洗时可用10%的苏打水或碱

22、 水，保持极柱干净，通气孔畅通。 4）经常检查电解液的液面高度 要符合规定值，必要时调整液面及密度。,2、蓄电池使用中应避免的情况 1）长时间过充电或者充电电流过大； 2）过度放电； 3）电解液液面过低或者过高； 4）电解液密度过高； 5）电解液内混入杂质。 3、冬季使用注意事项： 1）尽量保持蓄电池在充足电的状态下； 2）补加蒸馏水应该在充电时进行； 3）冷态起动时，应先预热发动机。,二、蓄电池技术状况的检查,1、电解液液面高度的检查 1）塑料壳体的，可以直接观看外壳上的液面线。 2）橡胶壳体的，可用孔径为3-5mm的透明玻璃管。 液面过低时，当补充蒸馏水，只有因电解液溅出或者泄露才能补充硫酸