Tema de proiect:Redresor automat pentru incarcarea acumlatoarelor de 12V/10A.Indrumator: Conf.lucr.dr.ing.Iulian Lucian Student:Balo Antal Cuprins. Introducere1. Generalitati despre baterile de acumlatoare1.1,Pile electrice5,1.Potentialul de electrod 5,2.Caracteristicile ale pilelor eletrice5,3.Pile electrice primare5,4.Pile reversibile2,Acumlatoare electrice cu plumb6,1.Principuil de functionare6,2.Constructia specifica6,3.Parametrii de baza 6,3,1.Tensiunea electromotoare 6,3,2.Tensiunea de la borne 6,3,3.Capacitatea de debitare 6,3,4.Rezistenta termica 6,5,5.Energia acumlatorului 6,3,6.Randamentul 6,3,7.Autodescarcareaacumlatorului 6,3,8.Durata de serviciu3. Studiul redresoarelor pentru incarcarea acumlatoarelor 2.1 Redresoare destinate incarcarii baterilor de acumlatoare2.2.Structura si clasificarea redresoarelor2.3.Redresoare pentru incarcarea acumlatoarelor2.4 Redresoare cu incarcare automata 4, Solutia adoptata4,4.Consideratii teoretice. 4,1. Solutia de principiu a unui incarcator, cerintele impuse.4,2.Modul de functionare4,3.Functionarea traductoarelor de curent si de tensiune4,6.Dispozitive suplimentare pentru incarcarea acumlatoatrelor.5,Proiectarea redresorului?????Proiectarea transformatorului de retea.7.1Disipatia termicaRezistenta termica Propagarea calduriiCapacitatea caloricaVariatia puterii maxime de disipatieTemperatura ambianta maximaDeterminarea regimului termicDimensionarea radiatoruluiMontarea tiristoarelor pe radiatorCalculul transformatoruluiCalculul radiatorului6. Instructiuni de protectie7.DevizINTRODUCERE Energia si in special energia electrica,reprezinta in zilele noastre vectorul cel mai semnificativ al pocesului intoatedomeniledeactivitate.Deacasursele chimice de curent si respectiv Acumulatoarele electrice nu au o pondere mare in totalulconsumului de energie,electrodul participa insa efectiv la punereav in valoare a celor mai noi realizarii ale tehnicii moderne.Domeniul lr de utilizare s-a estins extrem de mult si au devenit din copilarie pana la protezele auditive si stimulatoarele cardiace ale senectutii.Transportul terestru ,naval sau aerian,pana la cele mai sofisticate rachete cosmice este dependenta de aceste sursedeenergie.cuautonomietotolasaupartiala,telecomunicatiile,cusaufarafircircuiteledecomandadin automatizarii,aparatura portabila (intrumetele de masura, radioreceptoarele, calculatoare, casetofoanele minitelevizoare,etc) solicita surse de curent din ce in ce mai fiabile si la costuri tot mai reduse. nprezent seobservcdezvoltareindustrialavanseazntoatedomeniileactivitaii umane. Ease realizeaz n special prin automatizare robotizare, cibernetizare si mecanizare. n electrotehnica progresele realizatentehnologiadefabricaieasemiconductoarelor , dari amicroelectronicii, aupermisrealizareade convertoare inteligente,pentru obinerea unui control optim alputerii transferate. Controlul optim al puterii este o problema actual cu implicaii majore n domeniul automatizarii. El a devenit posibil abia dup apariia elementelorsemiconductoaredeputere,intuctacesteaaupermiscontrolul puteriiprin comutaiaperiodica circuitelor electrice. Princomutaia periodic, controlul puterii se realizeaz cu un randament ridicat deoarecepierderile sunt foarte mici faa de cazul n care controlul puterii s-ar realiza cu precdere prin elemente disipative(rezistene ,etc.).Problema controlului puterii este eseniala pentru marile sisteme energetice.Pn la apariia semiconductoarelor deputere, controlul puterii serealiza, deregula,cuajutorul reostatelor electrice. Controlul puterii prinintermediulreostatelorelectrice are loc la un randamentscazut,cauza pierderilor mari de energie.Dupaapariiaelementelor semiconductoaredeputereadevenit posibil controlul puterii curandament ridicat, prinfolosireaconvertoarelor electrice.nparticular nsistemeleelectricedecurent continuu, controlul transferului de putere din reea lareceptoare se face cu ajutorul variatoarelor de curent continuu sau choppere.Acetia permit conversia parametrilor energetici n concordana cu cerinele consumatorilor, conversie care se realizeaza cu un randament ridicat si un coninut de armonici superioare ct mai scazut. Variatoarele de curent continupermit controlul puterii electriceasursei dealimentarei ancalzirii, proceseelectrochimice, alimentrireglabile n curent continu, sudur electric, acionri cu motoare electrice de curentcontinu, etc.Sursele primare clasice, care, istoric privite, sunt cele mai vechi, au fost supuse unui proces de ntindere si diversificare ca sa poata face faa miniaturizarilor impuse de electronica. Din punct de vedere economic sursele primare nu reprezint ns o soluie optim. Faptul c materiile prime se utilizeaz ntr-un singur ciclu funcional, reduce mult eficiena global, mrete costurile specifice i limiteaz domeniilede utilizare.Sursele chimice secundare,acumulatoarele electrice, au devenit obiectul unei laborioase cercetri, urmndu-se, alturi de miniaturizarea si etanarea acestora, creterea numarului de cicluri functionale. Costurile specifice sunt cuatt mai redusecuct numarul decicluri defuncionare este mai ridicat. Miniaturizarea acumulatoarelor electrice,realizarea lor in construcie etan i diversificarea lor n raport cu exigenele tehnicii, au constituit direcii noi de cercetare. S-au nregistrat realizari remarcabile pe linia acumulatoarelor devenite clasice:acumulatorul alcalin n cuplurile Ni-Cd, Ni-Fe si Ag-Zn.n prezent i n viitorul apropiat acumulatorul acid cu plumb deine primatul n fabricaia mondialaatt din punctdevederealvolumului defabricaie (peste 90%), al costurilor specifice,al rezerveide materii prime si posibilitai de reciclare a acestora, al extensiei domeniului de utilizare ct i al duratei de functionare ntr-o gama larga de solicitri.Incarcarea acumlatoarelor se face din reteaua de curent alternativ ,prin intermediulredresoareelor,in cazul in carefunctioneazaintamponcureteauadecurent alternativ,precumsi in cazul in care avcumlatoarele sunt destinate alimentari sistemelorelecrice,indeplinite de reteauade curent alternativ.Structura redresoarelor pentru incarcarea acumlatoarelor elecrice este dependenta de natura si de parametrii acumlatoarelor, de procedeul de incarcare si de gradulde automatizre.pentru incarcarea acumlatoarelor elecrice de capacitatemica se utilizeaza, de obicei,redresoare monofazate necomandate.Pentru incarcarea acumlatoare lor de mare capacitate, cum sunt de pilda, cele din centralelesi statii electrice se utilizeazaredresoare trifazate punte comandata sau semicomandata,redresoare care fac obiectul proiectului de fata.1. INCARCAREA BATERILOR DE ACUMLATORI1.1. Domenii de utilizare ale acumlatoarelorPentru utilizarile ale acumlatoarelor electrice s-au impus anumite domenii ,cu un specific functional foarte bine determinat.In raoprt cu acest specific constructia acumlatoruli in toate partile componente ,ca si in ansamblu are caracteristicile bine definite.Astfel intalnim: -Acumlatoare pentru demaraj;iluminat si pentru aprindera motoarelor cu aprindere interna,denumite in literature de specialitate acumlatoare S.L.I.(Starting-Liighting-Ignition).In fabricatia interna ca si in cea mondiala au pondere cea mai mare.Ele alimenteaza demarorul motoarelor cu aredere interna si sunt solicitate cu curenti de ordinul sutelor sau chiar miilor de amperi,pentru o durata ce variaza intre 3 si 5 minute.Ca sa poata debita curenti atat de mari se impune:-placi electrodsubtire (0.8-1.3 mm)si avand un numar mare la fiecare polaritate(5-15 bucati).-distante intre electrozii de semn contraii cat mai mici(cel mult 1mm).-o stare de permanenta incarcare care se realizeaza prin functionarea I in tampon cu sursa de incarcare.-o greutate redusa, mai ales pentru demarajul motoarelor de avion.In utilizare lor nu se utilizeaza cicluricomplete de incarcare descarcare,de marajul angajand maxim 2% din capacitateaacumlatoatrelor,si acest lucru se realizeaza la temperaturi positive.Capacitatea acestor acumlatoare sunt relativ mici(20-150Ah) . -Acumlatoare de traciune,utilizate ca surse automone pentru alimntarea motoarelor de current continu destinate tractiunii electrice ,mla electrocare, electrostivuitoare,trenuri pentru exploatarii miniere.Volumul de fabricatie este mai mic decat cel inregistrat la avumlatoarele de demaraj,atat in fabricatia interna cat si in cea internationala, dar sufficient ca sa ridice problema de eficienta tehnica economica .Durata de viata fiind de ordinul 500-2500 de cicluri se impune constructii adecvate. -mono cellule(rareori celule de3-4 elemente) inserate in baterii cu tensiunii adecvate(12,24,36 sau 48 V) -placi electrod de grosimi mari (3-10mm)in constuctie robusta, -membrane separatoare mai groasesase asigure rezerva de electrolit necesara unor decarcarii profunde. -Acumlatoare destinare unor utilizari stationare, sunt din punct de vedere isroric cele mai vechi in fabricatia industriala si au domeniul cel mai larg de capacitati 27- 12000Ah.Exploatarea static, in incaperiseparete ,au o constructie mai robusta, pentru a putea acoperii odurata de exploatare de 15-30 de ani.In general,ele constituie unitatii de rezerva care lucreaza la tensiunea retelei(220-380V) si intervin in cazul intreruperilor de current pentru aimentarea unori consumatorii de foc continuu cum sunt centralele telefonice,iluminatul de siguranta in salile chirugicale , circuitele de comanda si de manevra din centralele elecrice sau dinpunctele de transformare,centralede calcul cu deozite imortante de date in memeoriib,sisteme de comanda si de racier in centralele elecrice.In raport cu importanta acestor utilaizarii se impun solutoii care sa confere o fiabilitate corespunzatoare:-placi electrod robuste si rezistente chimice si mecanice pentru toata perioada de utilizare ,-aliaje rezistente la coroziune,-o mare rezerva de electrolit,- vase container din material rezistente la imbatrinire,-in medii cu pericol de explozie se folosesc constructii inchise cu dopuri anti flagrante. -Mini si microacumlatoare pentru aparatura portabila,in constructie etansa,inlocuiesc mai efficient si cu fiabilitae marita elelmemtele primare.Acest tip de acumlator,cu costuri initiale mult superioare celor ale surselor primare devin compettiv prin numarul mare de cicluri funtionale(200-2000) . -Acumlatoare destinate electromobilului.Din randul acumlatoarelor convventionale nu au putut fii selectate tipuri care sa poata asigurab vitezele obisnuite si un parcurs mediu intre doua incarcarii satisfacatoar. 2.STUDIUL REDRESOARELOR PENTRU INCARAREA ACUMLATOARELOR ELETRICE 2.1.Prezentare generalaAcumulatoarele electrice permit nmagazinarea energiei electrice de la surse i restituirea energiei primite receptoarelor electrice cu funcionare independent de reeaua electric, respectiv receptoarelor electrice cu alimentare din reeaua electric, n cazul suprancarcarii reelei sau dispariiei tensiunii de alimentare. Receptoarele electrice de mica putere cu funcionare independent de reteaua electri-c sunt alimentate de la pile sau acumulatoare electrice de mic capacitate. Acumulatoarele electrice de mare capacitate se folosesc n sistemul electric al mijloacelor de transport cu funcionare independenta de reteaua electric. n sistemul electric al automobilelor, cu puine excepii (motociclete), acumulatorul funcioneaza n tampon cu generatorul de energie electric (alternator). Acumulatorul asigur pornirea motorului cu combustie intern ,dup care, acumulatorul este ncarcat dealternator, ct timpputereareceptoarelor estemai micdect putereaalternatorului. Dacputerea receptoarelor depete puterea alternatorului, sur-plusul de putere este preluat de acumulator.Acumulatoareleelectricesunt utilizate, nregimdesursi tamponi nsistemul deproducerei distribuieaenergiei electrice. Astfel sefolosescacumulatoareelectricencentra-lei staii electrice, pentru iluminatul de sigurana, pentru alimentarea consumatorilor de energie electric a cror oprire, n caz de avarie, nu este admisibil, precumi pentru alimenta-rea elementelor de semnalizare, control si comand. Utilizarea acumulatoarelor electricepentruiluminatul desiguran, soluiepracticatiniial ncentraleleelectrice, afost extins i n alte locuri: cinematografe, teatre, sli de conferin, sali de operaii.ncarcreaacumulatoarelor sefacedinreeauadecurent alternativ, prinintermediul redresoarelor, n cazul n care funcioneaza n tampon cu reeaua de curent alternativ, precum i n cazul n care acumulatoarele sunt destinate alimentarii sistemelor electrice independente de reeaua de curent alternativ.Dac n sistemele electrice independentedereeauadecurentalternativ, acumulatorulfuncioneazantamponcuun generatordeenergie electrica acumula-torul se ncarca de la generator, n intervale de timp, n care puterea solicitata de consumatori este mai mare dect puterea generatorului. Dac generatorul este de curent continuu, ncarca-reaacumulatorului se face de la alternator prin intermediul unui element (dioda), care nu per-mite trecerea curentului n sens invers (de la acumulator spre generator).n cazul n care ge-neratorul este de curent alternativ, ncrcarea acumulatorului se face de la alternator, prin in-termediul unui redresor.Exist deosebiri, nu numai n privina surselor de ncrcare ci i a procedeelor de n-crcare a acumulatoarelor. Astfel, dup durata procesului de ncrcare a acumulatoarelor acesta poate fi: normal rapidn cazul ncarcrii normale, curentul de ncrcare are valoarea de (0.08-0.02)Cn , unde Cn este capacitatea nominal a acumulatorului n Ah, iar n cazul unei ncrcri rapide valoarea curentului de ncrcare este de 5-10 orimaimaredect valoareacorespunzatoare ncarcriinormale.Timpul de ncrcareeste de ordinul8-12h la ncrcarea normal i de circa 1/2h la ncrcarea rapid.Dup modul de variaie a curentului i tensiunii n timpul ncrcrii, se deosebesc urmtoarele procedee de incrcare: ncrcare cu tensiune constant ncrcare cu curent constant ncrcare mixtFigura 1.1: Referitoare la procedeele de ncrcare a acumulatoarelorncazul ncrcrii cutensiuneconstant(figura1.1.a), tensiuneasursei dencrcaresemeninela tensiuneconstant ,prinreglare automat; curentul de ncrcare scade odat cu ncrcarea acumulatorului, ca urmare a creterii tensiunii acumulatorului. Limitarea valorii curentului, la nceputul procesului de ncrcare se face prin nserierea unei rezistene. Durata ncrcrii este de 8-12h. Principalul avantaj al acestui mod de ncrcare lconstituecurentul mic, lasfritul procesuluide ncrcare si decinuseimpuneosupraveghere deosebita a acumulatorului.Avnd degajri reduse de gaze, nu exist pericol de deterioare a acumulatoru-lui chiar dac timpul dencrcaredepetetimpul normal dencrcare determinat deatingerea tensiunii desfrit dencrcare. Procedeul de ncrcare cu tensiune constant este preferat n atelierele de reparaii autovehicule, pentru ncrcarea bateriilor de acumulatoare n cursul nopii.ncrcareacucurentconstant (figura1.1.b),devaloaremai maredect curentul dencrcare, prezint avantajul reducerii duratei ncrcrii. n schimb, n faza final a ncrcrii, apare pericolul deteriorrii acumulatorului.Pentru evitarea acestui pericol se ntrerupe ncrca-rea, cnd tensiunea pe element are valoarea cuprins ntre 2.3-2.4V. n felul acesta, ncrcarea este parial, cantitatea de electricitate primit de acumulator fiinddeordinul a(0.4-0.6)Cn. ncrcareapartialpermiteutilizareaintensabateriilor deacumulatoare, n aplicaii n care se impun 2-3 cicluri ncrcare/descrcare pe zi (electrocare, locomotive de min etc.).O variant a ncrcrii cu curent constant, care permite ncrcarea complet a acumu-latoarelor, o constitue ncrcarea cu curent constant n trepte.n acest caz, se ncepe ncrcarea cu un curent constant mare i se menine tusiiiust tusacest curent pn cnd tensiunea pe element atinge valoarea 2.3-2.4V.Se reduce curentul la jumtate si se continu ncrcarea pn ce tensiunea atinge din nou valoarea corespunztoare degajrii de gaze (2.3-2.4V). Se reduce din nouvaloareacurentului laotreimedincurentul treptei adouai secontinuncrcarea, pnlan-crcarea complet a acumulatorului.La bateriile de acumulatoare mici i mijlocii se aplic procedeul de ncrcare cu curent constant n dou trepte: primatreaptcucurentul maximdencrcareadmisibil; adouatreapt, cuuncurent redusla(0.05-0.11)Cn. Rezultate mai bune se obin prin metoda ncrcrii cu curent constant cu pauze. Aceste procedee sunt asemntoare cu procedeele de ncrcare cu curent constant, respectiv, cu curent constant n trepte, cu deosebirea cncrcareasentrerupei sereiadupopauzde1-2h, cuaceeai valoareacurentului saucucurentul corespunztor treptei urmtoare.ncrcarea cu curent constant cu pauze, respectiv cu curent constant n trepte, cu pauze,se aplic: la punerea n funciune a bateriilor staionare noi sau dup reparaii capitale, la tratamente de nlturare a strilor anormale ale bateriilor de acu-mulatoare.ncrcareamixt(figura1.1.c)const dintr-o ncrcare cu curent constant,de valoare mai mare dect curentul normal de ncrcare, pn cnd tensiunea pe element atinge valoarea corespunztoare degajrii de gaze (2.3-2.4V).n continuare ncrcarea se face la tensiune constant, curentul de ncrcare micorndu-se odat cu creterea valorii tensiunii acumulato-ruluispre tensiunea de sfrit de ncrcare (2.65V/element).Aceast metod se aplic, pe scar larg, la ncrcarea parial, rapid, a bateriilor de acumulatoare destinate autovehiculelor.Procedeele de ncrcare prezentate mai sus, respectiv combinaii ale acestor procedee de baz, se aplic la diferitetipuri dencrcri caresepot ivi nexploatareaacumulatoarelor: ncrcareadepunerenfunciune, ncrcareadeserviciu, ncrcareadeegalizare, ncrcareapermanentnrezervi ncrcareapermanentde pstrare.ncrcareadepunerenfunciunesefacedectreutilizatorii acumulatoarelor, deoa-recelivrrilede acumulatoare cu electrolit, n stare de funcionare, sunt foarte rare. Pentru punerea n funciune a acumulatoarelor cu plumb, se procedeaz la umplerea acumulatorului cu acid sulfuric diluat la densitatea prescris i la ncrcarea potrivit cu instruciunile ntreprin-derii constructoare. ncrcarea de punere n funciune este o ncrcare cu curent constant cupauze, cucontrolul riguros al valorii curentului dencrcare prescris i aduratei pauzelor. La terminarea ncrcrii, tensiunile elementelor acumulatorului,sub curentul de ncarcare prescris, nu trebuie sdifere ntre ele cu mai mult de 0.1V. De asemenea, electrolitul trebue s aib aceeai densitate i aceeai nivel n toate elementele acumulatorului.ncrcrile de serviciu sunt ncrcri curente nexploatarea acumulatoarelor, care se execut dup descrcareaacumulatoarelor, elepot fi completesaupariale. ncrcriledeserviciucompletesunt ncrcri normale, executate, de regul, cu curent constant, durata ncrcrii fiind de cca 12h. Aceste ncrcri au avantajul c asigur o omogenizare a strii plcilor. Cnd timpul disponibil nu permite executarea unei ncrcri complete, seexecutoncrcareparial. ncrcrileparialesunt ncrcri rapide, executatedereguldupprocedeul ncrcrilor mixte: curent constant devaloare2Inom(valoareanominalInomestedatncatalog) pncnd tensiunea atinge valoarea corespunztoare degajrii de gaze ; n continuare se menine constant tensiunea sursei de ncrcare.ncrcrile de egalizare se aplic acumulatoarelor cu ncrcri de serviciu pariale, acumulatoarelor cu funciune n tampon, acumulatoarelor utilizate puin sau celor care au suferit descrcri puternice. Ele se execut periodic, dupprescripiilefabricii. Sunt ncrcri complete, cucurent constant (0.1-0.2Inom) saucutensiune constant. ncrcrile de egalizare sunt controlate cu atenie , prin msurarea tensiunii, densitii electrolitului i a temperaturii pe ct posibil, la toate elementele. Bateriile de acumulatoare cu 2-3 ncrcri rapide n timpul zilei i o ncrcarecompletntimpul nopii, sunt supusencrcrii deegalizarededouoripelun. Bateriilecaren exploatare sunt supuse doar la ncrcri pariale, li se execut ncrcarea de egalizare, de dou ori pe sptmm.ncarcarea pemanent n rezerv se aplic bateriilor staionare, n scopul evitarii autodescrcrii.ncrcareaserealizeazcuajutorul unuiredresordemicputere, cutensiuneaconstant(2,15 V/element).n caz de avarie, bateria este aclanat automat. Dup nlturarea avariei,bateria rmne n tampon cu sursadeenergieprincipaliestencrcat. Lasfritul ncrcrii, bateriatrecedinnounrezerv.ntimpul ncrcrii permanentenrezerv, valoareacurentului nutrebuiescoboaresub0,03/36*Cnom(STAS445-75), 1,22 1,20 d[g/cm3]pentru ca bateria s se gseasc, n permanen, la capacitatea nominal complet. Periodic la trei luni sau dup fiecare descrcare sub 0,5*Cnom bateria trebuie ncrcat complet.ncrcarea complet a bateriei este precedat de o descrcare pn la 1,93 V/element, cu un curent egal cu Inom. Scopul acestei descrcri este reactivarea materiei active.Gradul de ncrcare1,822,22,42,62,80 10 20 30 40 60 70 80 90 100e[V]1,12 1,14 1,161,18 1,2 1,22 0 40 80120160200egFig. 1.2:Caracteristicile de ncrcare ale elementelor acumulatoarelor de plumbncrcareapermanentdepstrareseaplicbateriilor scoasedinutilizarepeoperioadalung(deex. 1an). Bateriile pot fi meninute n stare ncrcat prin ncrcare permanant cu tensiune constant de 2,15-2,18 V/element i un curent de 0,002-0,003Inom. Gradul de ncrcare al acumulatoarelor poate fi controlat prin msurarea tensiunii electromotoare e, a densitii electrolitului sau a cantitii de gaze degajate n unitatea de timp q.3.REDRESOARE DESTINATE INCARCARII BATERIILOR DE ACUMULATOARE 3.1.Structura si clasificare redresoarelor Redresoarele permit transferarea curentului alternativ in curenr continuu.Ele au numeroase aplicatiideterminate de faptul ca energeia electrica se obtine ,cu precadere ,sub forma de current alternativ,iar utilizarea energiei elecrice se face atat in current alternativ cat si in vcurent continuu.Pondereafolosirii energie elecrice sub forma de current continuu fiind in prezent de peste 25% .Principalele elemente ale redresorului rezulta din schema de structura data in figura urmatoare: 1,181,16 [g/cm3]g[cm3/h]Fig.3.1.Functia si structura redresoerelorFunctia de structura din figura 3.1.b.redresoerale utilizate in practica pot avea o structura mai simpla sau mai complexa.Astfel seutilizeazaredresoarenecomandatecareconstaudoar dinelementedereglare,protectiesi supravechere.In functie de comanda a elementelor decomutatie dinstructura redresorului deosebim: -redresoare nenomandate(cu diode), -redresoere comandate(cu tiristoare sau tranzistoare in regeim de comutatie).Redresoerelepot fii cusaufaratransformatoare. Celefaratransformator secaracterizezaprin simplitate,gabarit micsi prt decost scazut.Desi prezintaacesteavantaje,redresoerelefaratransfomator sunt utilizate pe scara redusa.Introducerea transformatorului in circuitul engetic al redresorului permite rezolvare a urmatoarelor probleme:tansformarea tensiunii sursei,astfel incat sa fie in concordanta cu tensiunea receptorului;transformarea numarului defaze(marireanumarului defaze) inscopul neteziriitensiuni si acurentului redresat,obtinerea puntului de nul pentru circuitului de redresare in conexiune stea ;izolarea retelei de curent alternetiv de retaua de curent continuu;imbunatatirea formei curentului primar, realizarea redresoarelor cu scheme de redresoere complexe.Schemele de redresoare complexa prezinta urmatoarele avantaje:-micsoreaza pulsatia tensiunii redresate ,-imbunatatesc gradul de utilizare a ventilelor.Redresoarele pot fi impartite in doua mari clase:1,Redresoare cu un singur tact ,denumit si redresoare monoalternate sau reresoare cu conexiunea stea.2,Redresoare cu doua tacte sau redresoare punteRedresoarele cu un singur tact se caracterizeaza prin aceea ca fiecare faza a sursei de energie este parcursa de curent ,numai odata ,in decursul unei perioade.La redresoarele punte fiecare fazaasursei de energie este parcursa de current ,in ambele semialternante.La redresoarele de mare putere se utilizeaza grupe de ventile legate in serei si in paralel. 3.2. Redresoare pentru incarcarea acumulatoarelornfigura demaijossuntprezentate pentru un element a unui acumulator de plumb,variaia tensiunii electromotoare, a densitii acumulatorului i a cantitii de gaze degajate n unitate de timp,la ncrcarea acumulatorului.Structura redresoarelor pentru ncrcarea acumulatoarelor electrice este dependent de natura i parametrii acumulatoarelor,de procedeul de ncrcare i de gradul de automatizare.Pentru ncrcarea acumulatoarelor electrice de capacitate mic se utilizeaz,de obicei, redresoare monofazate necomandate.Schemaelectricaunui redresor monofazat npunte, cudiodesemiconductoare, pentruncrcarecu tensiune constant a acumulatoarelor pentru autovehicule este reprezentat n figura 3.2Figura 3.2.Schema unui redresor monofazat n punte, necomandaRedresoarele necomandate au o construcie simpl, dar prezint urmtoarele dezavantaje:-curent mare la nceputul procesului de ncrcare,-durat mare de ncrcare (10-12h),-consum sporit de energie ,-dispozitivul de incarcare devine greu si voluminous.Reglarea tensiunii de alimentare a puntii redresoare se poate realiza prinmai multe metode:a.Modificarea in trepte a tensiunii secundarului transformatorului de alimentare.Fig.3.3.Redresor care are o tensiune variabila in secundar.Dispozitivul este simplu de exploatat .Presupune realizarea unui trnsformator cu mai multe prize in secundar.b.Reglerea tensiunii cu ajutorul unei scheme cu tranzistoare .Ea necesita tranzistoare de putere ,ceea ce scumpeste dizpozitivul .c.Reglarea tensiunii cu ajutorul tiristorului.Exista o variateta de scheme bazate pa acelasi principiu ,care au o seama de avantaje,dar si un dezavantajde baza :comanda dificilaatiristorului.Figura 3.4. Schema bloc a redresorului monofazat comandat ce utilizeaza numai un tiristor, in cadrul unei scheme simple de comanda.In figura 3.5. avem o schema de incarcare fara punte redresoare cu un simplu tiristor ce realizeza monoalternanta si reglarea tensiunii. In figurile urmatoare se prezinta doua scheme de dizpozitive deincarcare a acumlatoarelor cu comanda prin tiristor ,ceva mai elaborate.In figura 3.6..se utilizeaza un transformator coboritor de tensiune 220V/42V cu putere de 250VA.Tiristorul D5 functioneaza pe baza principiului realizarii fazei pe poarta ,iar tranzistorul T1 si T2 realizeaza reactia de la iesirea schemei si comanda momentului deschiderii tiristorului.Fig.3.6.Redresor cu un transformator coborator de tensiune.Micsorarea curentului de incarcare pana la100-200mAseobtine cuajutorul rezistoruluivariabil.Avantajul svhemei consta in faptul ca este universala. In figura 3.7.avem o schema ce seamana cu schemele de reglare a intensitatii luminoase a becurilor din locuintele noastre . Functionarea schemei este reletiv simpla .In alternanta pozitiva C2se incarca prin R3,D!, R!,R2, cu o tensiunepozitivalaborneleluiR4,iarinalternantanegetiva seincarca laaceeasitensiunedar cu o polaritate inversa (desemn contrar),pe traseulR2,R1,D2,R5. In momentul in care tensiunea la bornele lui C2 atinge pragul de aprindereal becului cu neon HL1, acesta se aprinde.Condensatorul se va descarca radid prin bec si prin electrodul de comanda al tiracului VS1,care se va deschide .La sfarsitul semiperioadei ,triacul se bloceaza. Procesul descries se repeat la fiecare semiperioadaa retelei. Factorii principali care duc la distrugera bateriilor de acumlaror, in speciala celor care intra in echiparea autovechiculelor sunt: -balanta energetica deficitara ,fara incarcare exteriora suplimentara, -supra solicitarea intimpulpornirilor de motoare reci in special iarna.Aceste deficiente se inlatura aproape total prin: -incarcarea suplimentara a bateriei, utilizind unredresor alimentetde la retea, -reglarea corecta a regulatorului de curent de pe automobil, -utilizrea unui redresor lega in paralel pe bornele acumlatoruluipentru pornire motoarelor reci pe timp de iarna.Se dau cateva solutii constructive de incarcare de acumlatoare.In figura 3.8. se prezinta un redresor simplu fara decuplarea curentului de incarcare a acumlatorului si fara posibilitatii de citire si reglare a curentului de incarcare.Utilizarea acestui tip de incarcator este recomandat pentru incarcari de scurta durata cu urmarirea permanenta a comportarii elecrolitului din celulele acumlatorului. Transformatorului va fi de 250VA si 2x12V in secundar pentru variatia constructive pentru autoturismesi de mimimum500VA si 2x24Vinsecundarul pentru autocamioane cu instalatia electrica de 24V.Diodele redreoare D2-D2 vafi de tipul DSO NOS sau echivalentul pentru autoturisme.Fig.3.9.Redresoare pentru protejarea bateriilor la suprasolicitarii de curent.Aceste redresoarese utilizeaza cu precadere in timp de iarna la pornire motoarelor reci ,pentru protejare bateriilor la supra solicitarie la current.Redresorulse lega in parallel cu bateria ,se lasa sa se incarca bateria 10-20 de minute ,dupa care se porneste motorul la cheie.Dupa pornire motorului la 2-5 minute se opreste redresorul si se scot cablurile de legatura si cordonuldin priza. Redresoarele destinate a funciona n tampon cu bateriile de acumulatoare de mare capacitate, cum sunt de pild cele din centrale i staii electrice, se realizeaz cu bucle de reglare a curentului i tensiunii. Astfel de redresoarecuschemablocprezentatnfigura1.4seconstruiesclaElectrotehnicaBucureti, pentruvalori nominale ale tensiunii de ieire de 24V , 110V sau 220V. Un redresor cu schema bloc din figura 1.4 alimenteaz consumatorii decurent continuuconectai laliniaLi meninenstarencrcatbateriadeacumulatoareB. Bateria de acumulatoare asigur alimentarea principalilor consumatori n caz de dispariieatensiunii n reeaua de curent alternativ, i acoper surplusul de energie electric n cazul suprasarcinilor.Redresorul poate funciona n urmtoarele regimuri: automat, ncaremeninetensiuneaconstant, corespunztoarevalorii de2,15 V/element; ncrcare rapid, n care caz tensiunea este meninut la valoarea corespunztoare valorii de 2,25 V/element, cu un timp de ncrcare care poate fi reglat ntre 0-12h; manual, n care caz valoarea tensiunii de ieire poate fi modificat ntre limitele corespunztoare modificrii de tensiune pe element: ntre 1,75-2,7 V/elementLafuncionarea nregimdencrcare rapidduptrecerea intervalului dencrcare stabilit iniial, redresorul trece n mod automat din regimul de ncrcare rapid n regimul automat. n oricare regim valoarea limit a curentului debitat de redresor poate fi reglat ntre 0,9-1,1 In, valoarea limit a curentilui debitat de baterie este de 0,25In. 4.REDRESOARE DE INCARCARE AUTOMATAMajoritatea dispozitivelor de incarcare din comert au o schema care se reduce la asocierea unui transformator si a unui redressor , avind uneori si cateva rezistente. La conceperea schemei s-a pornit de la urmatoarele indicatii: -curentul de sarcuna trebuie sa fie limitat la o valoare data,atunci caund bateria este complet descarcat,pentru a se evita deteriorarea elementelor acestuia, -incarcarea trebuie sase efectueze la un current constat,limitat la valoarea mentionata anterior, candbateria este complat golita.Acest current trebuie sa creasca uniform,pana cand tensiunea de la bornele bateriei atinge o valoare data.In plus ,s-a dorit ca montajul sa fie protejatfata de toate erorile posibile in ceea ce priveste conexiunile.Astfel,bateria poate sa suporte fara a fi pereclitata: -scurtcircuitul permanent la iesirile sale, -conectarea in sens gresita bornelor sale, -sarcina prelungita cand este total descarcata. 4.1Constructia de principiua unui incarcator, cerinte impuseIn principiu dispozitivele de incarcare pot fi reletiv simple ,intucat forma de tensiune furnizata ca si coeficientul de ondulatie nu sint importante.Inconstructia unui astfel de incarcator se pot distinge in general trei blocuri;transmormatorul coborator de tensiune ,sistemul de redresare a tensiunii de iesire .Atunci candseproieteaza,constructiasaualegeunincarcator trebuiecunoscuteurmatoarele caracteristicii :tensiunea de alimentare de la reteua electrica ,tensiunea bateriei de incarcat,(6,V;12Vsau24V),curentrul maxim de incarcare ce va trebui asigurat de incarcator(in princiriu mai mic de 10A, eventual cu posibilitatii de reglare).Un incarcator ideal trebuie sa asigure: -protectia la conectarea inversa a poliilor bateriei; -protectia in cazul unui scurtcircuit la iesire; -furnizata unui current care sa corespunda stadiului de incarcare a bateriei.Incarcarea acumlatoarelor impuse o sursa de constructie speciala care sa permita debitarea unor curenti si tensiunii cu parametrii bine stabilitii.Sursa aleasa si prezentata in continuare are urmatoarele facilitatii. -protectie la conectarea inversa a bateriei, -adaptarea permanenta a curentului la gradul de incarcare a bateriei, -limitarea automata a curentului maxim de incarcare, -oprirea automata la incheierea incarcarii, -functionarea in impulsuri (contribuie la prelungirea duratei de viata a bateriei).Tensiunae pulsatorie furnizata de blocul redresor, este aplicata bateriei ,de incarcate prin intermediul unui tiristor cu rol de comutare static.Amorsarea tiristorului este controlata simultan de catre un circuit care masoara tensiunae la bornele acumlatorului si un alt circuit care sesizeaza valoarea curentuluide incarcare.Reglarea se face prin deschiderea intermitenta a tiristorului,comandat cu patru tranzistoare.Comutatia statica reduce substantial pierderile de energie prin disipatie termica,inevitabil in cazul redresoarelor simple,cu elementele de limitre pasive (rezistente de putere,becuri). 4.2.Modul de functionareTensiunea furnizata de un redresor de putere adecvata,nefiltrata (transformator plus punte redresoare )s-a stability mai mare decit tensiunea la bornele unui acumlatorde 12 V complet incarcat(cca 14,4V).Diferenta de la 20 V la 14,4V fiind necesara pentru a compensa caderile de tensiune pe tiristorul in conductie si pe R12.Dupaces-aconectat acumlatorul ceurmeazaafi incarcat,tensuineadelaborneleacumlatorului produceprin divizorulR7-R3, ca si prin R4 devenind sufficient pentru deschiderea tranzistorului T1.In acest caz a fost prevazut butonul de pornire,prin apasarea caruia T1 intra in conductie,T4 la fel si tiristorulse amortizeaza.Apasarea butonului pornire trebuie sa dureze cateva zecii de secunde cat timp tensiunea bateriei creste la pragul necesar automentinerii incarcarii. 4.3.Functionarea traductoarelor de curent si de tensiune pentru controlul amortizarii Curentul de incarcare produse la bornele rezistentei R12 o cadere de tensiune mediata de condenzatorulC1.Candacestadepasesteovaloareprestabilita,tranzistorul T2sedeschidesi il bloceazapeT1impiedicad amorsarea tiristorului,stabilizandu-se astfel o limita maxima a curentului de incarcare reglabila din potentiometrul P1.Tensiunea la bornele bateriei este sesizata de T3.Atunci cand aceast tensiune depaseste valoarea fixata prin P2,tranzistorul T3 se deshide si il blocheaza pe T1 impiedicand amorsarea tiristorului.Dioda electro luminiscenta LED1 serveste ca indicaror visual a curentului mediu de incarcare.Montajul are o limitare:nu a fost conceput decat pentru baterile de 12V si aceasta din mai multe motive :baterile de 6V sunt din ce in ce mai rare. 4.4.Consideratii teoreticeConstatam ca trebuie realizata unmontaj care sa poata functiona ca un generator de curent constant pentru faza initiala a incarcarii,apoi ca un generator de tensiune constanta,cand bateria este complet incarcata.Trecerea de la un mod la celalalt trebuie sa fie progresiva, automata si bidirectionala.S-a apelat la un sistem utilizand tiristorul.Aceasta componenta prezinta avantaje importante,dar are si un inconvenient:fiind comandat prin poarta cu ajutorul unui current foarte slab,spatial anod-catod este adus in stare de conductie.Dar odataamorsat cuajutorul portii,nusemai poatedezamorsa.Singurasolutieconstainanularea curentului anod-catod sau a tensiunii anod-catod.Conditia este usor de realizat cu current alternativ intrucat acesta trece prin zero de o suta de ori intr-o secunda(in cazul retelei avind f=50Hz)dar mult mai dificil este de a gasi o solutie in current continuu. Schema contine un transformator ce furnizeaza 18V, care sunt redresati dar nefiltrati si de un circuit de incarcare este maxim ,iar cand tiristorul este amorsat, curentul de incarcat este nul.Circuitul de masura a curentului controleazaamorsarea tiristorului limitind curentul la valoarea maxima dorita,iar circuitul de masura a tensiunii are rolul de a interzice aceste amorsarii candtensiunea de la bornele bateriei atinge valoarea corespunzatoare incarcarii complete.Tiristorul se va dezamorsa totde o suta de ori pe secunda.Aceasta va determina o reglare foarte precisa a curentuluimediucarecirculaprinbaterie in timpul incarcarii.Ceea ce conteaza insa este curentul mediu care traverseaza bateria si nu valoarea instantanee a acetuia.Tranzistorul T4 este folosit pentru amplificare curentului de comanda a tiristorului.Un curent de 2mA in baza lui T4 este sufficient pentru a declansa orice tiristor.Functionarea montajului, cand bateria este conectata in sensul corect,un current de iesire al dispozitivului de incarcare traverseaza jonctiunea baza-emitor a lui T1,precum si R5, in stare de conductie.Curentul careparcurgeR1estesuficient pentruamentineT4instaredeconductiesi aamorsa tiristorul,producand o anumita cadere de tensiune si pe R12.Circuitul de masura a tensiunii nu va dezamorsa tiristorul ,dar va impiedica amorsarea sa. Tensiunae de la bornele bateriei este masurata cu ajutorul lui T3, cand acesta depaseste valoarea fixata prin reglajul P2,T3 intra in conductie si bloceaza T1 ceea ce impiedica amorsarea tiristorului .LED-ul L1 indica prezenta tensiunii retelei ,in timpce L2 da o indicatie vizuala asuypra valorii medii a curentului de incarcare.Rolul butonului de pornire Peste de-a permite demararea dispozitivului de incarcare pentru baterile complet descarcate.Cand tensiunea la bornele acestea este de 4V,curentul care parcurge R3,R5 nu este sufficient de mare pentru a mentine T1 un stare de conductie,la apasarea butonului P se amorseaza tiristorul.Tensiunea la bornele baterie creste foarte repede,ceea ce permite eliberarea butonului dupa cateva zeci de secunde.Potentiometrul P1 serveste la reglarea curentului maxim de incarcare.

4.5.ObsevatiiS-a montat in afara circuitului imprimat,deoarece se incalzeste,iar degajarea de caldura a acestuia poate determina chiar arderea epoxidului. Cu ajutorul acestui montaj se pot incarca si bateriile de 6V,dar acestea nu beneficiaza de intreruperea automata la sfarsitul incarcarii,deci nu se vor lasa conectate un timp prea indelungat.Luminozitatea LED-ului L2 variaza in functie de curentulde incarcare ;LED-ul va lumina foarte slabla sfarsitul incarcarii.In cazul bateriilor de foarte mare capacitate (60A/h),LED-ul va ramane in permanentaaprins.Daca firele de iesire sunt in scurtcircuit, siguranta fuzibila se topeste ,evitandu-se astfel eventualele pagube. 4.6.Dispozitive pentru incarcarea acumlatoarelorBateriilor de acumlatoare folosite in automobile li se impun conditii de functionare relativ dure in special iarna intrucat desi la pornire (pentru un timp de5-10s),demarorul consuma un current de ordinul zecilor sutelor de amperi (de aproximativ 10 oricurentul debitat normal ),tensiunea la bornelebateriei nu tebuie sa scada prea mult.Tipul de acumlator ce raspunde acesui deziderat est5e cel acid,bateria de acumlator cu plumb fiind aztazi folosita aproape in exlusivitate in sistemele de alimentare cu energie electrica a autovehiculelor.In practicala automobile se intalnesc baterii de acumlator de 6V(din ce in ce mai rar ),de 12V (cazul celmai frecvent ),precum si de 24 V (pentru puteri instalate mari). 5.PILE ELECTRICEStratul dublu electric.5.1.Potentialul de electrod. Un metal introdus in apa sau in solutia sari sale,manifesta o tensiune de dizolvare P caracterizata prin tendinta de a trimite ioni in apa sau in solutia care il inconjoara.Ionii pozitivii dupa parasirea metalului, incarca lichidul cusarcinipositive,intimpceelectrodul demetal ramanecuunsurplusdeelectronii, incarcandu-se negativ.Intre sarcina de semn contrar se exercita forte cuolumbiene F de atractie ,care formeaza ,de fiecare parte o suprafata de contact metal-solutie ,un strat dublu-solutie ,un strat dublu electric,comparabil cu un condensator plan de dimensiuni moleculare.Fig.5.1.Formarea stratului dublu electric Presiunea osmatica p se opune trecerii ionilor de pe metal in solutie.In consecinta ,tendintametalului dea trimite ioni insolutie I se opun forte care datoresc stratului dublu electric si presiunii osmotice,dupa cum urmeaza: a)Daca tensiunea de dizolvareP a metalului este egala cu presiunea osmotica p a ionilor deja dizolvatii,ceea ce anuleazapractic efectul,atunci electrodul Mnu se va incarca electric,deoareca,daca metalul trimite un numar de ioni in solutie,sub actiunea presiunii osmotice un numar egal de ioni din solutie trec inapoi pe metal si se anuleaza:p Pb)Dacatensiuneadedizolvareestesuperioara presiunii osmotice initiale (P>p),atunci ioni de metal trec in solutie,iar metalul se incarca negativ si solutia pozitiv.Datirita fortelor cuolumbiene si cresterii presiunii osmotice se va stabilii un echilibru: p S F P + /La un momemt dat, trecera ionilor de metal in solutie se opreste. c)Dca tensiunea de dizolvare a metalului este mai mica decat presiunea osmatica a ionilor formati (P>p),ca,de exemplu ,in cazul unui electrod de cupru introdus intr-o solutie de sulfat de cupru,ionii din solutie se vor depune peelectrodionii negativi ,forminu-seastfel unstrat dubluelectriccuorientareainsensinversfatadecazul anterior.La echilibru se poate scrie relatia : + S F P / pStratul dublu poate fi asimilat cu un condesator plan a carui capacitata este data de relatia: C=ddSDaca introducem in solutie de electrolit un electrod electropozitiv,adicaun electrod dintr-un metal a carui tensiune dedizolvare estemai mica decit presiunea osmatica,atunci peelecrtrod sedepunioni dinsolutie ,incarcandu-l pozitiv.Potentialul de electrid va avea in acest caz forma:PpZFRTln SauCZFRT + ln0 De exemplu un electrod de cupru intr-o solutie de sulfatcupric, atunci:CuCuCu CuPpZFRTln2/+Sau] ln[2/2++CuZFRTCu CuPrin [Zn2+]si [Cu2+]se intelege concentratile ,a ionilor de zinc si respective ,a ionilor de cupru in solutie corespunzatoare.

5.2.Caracteristici ale pilelor electriceFactorii fizico-chimici din reactilede acidoreducere sunt esentiali.Pentru realizarea debitarii optime estev insa necesara sase tinaseamasi de alti factori,proprii unei pile galvanice ,care influenteaza procesul de producere a curentului electric.Cantitatea de electricitate furnizata exprima capacitatea de debitare a pilei electrice si se poate scrie sub forma :C=t0I(t)dtUnde I=I(t)este intensitatea curentului debitat de pila in intervalul de timp de la zero la t.Timpul t se stabileste in functie de diferenta de potential de la borne.Diferenta de potentialU(t)de la bornele pilei la momentul t se scrie sub forma :

U(t)=E(t)-I(t)r(t)Unde E(t)este t.e.m.a pilei,r(t)rezistenta interna a pilei la momentul t ,exprimata prin relatia :r(t)=rc(t)+rp(t)Rezistentadeconcentrarercsedatoreazapolarizatii deconcentratie.Eamaresterezistentainterna.Rezistentade polarizare rpapare in urma polarizarii care se opune t.e.m. a pilei.Rezistenta interna creste cu cresterearezistentei de polarizare rp=rp(I).Densitatea de curent ,i joaca un rol important la descarcarea pilei galvanice :O densitate mare de curent provoaca o crestere a polarizarii electrodului,care ,la limita se poate duce la pasivizarea acestuia,pasivizare in timpul caruia inceteaza oxidarea metalului si are loc o degejare de O2la electrod.La pilele care necesita densitatii mari de current la descarcare,se urmareste constituirea unui eleltrozi cu suprafete active mari care se pot realiza prin dublarea sau chiar trplarea electrozilorb intr-un anumit volum.Aceasta implica riscl unor scurtcircuitari, care micsoreaza capacitatea de debitare a pilei.Energia de debitare exprima prin relatia :W=t0U(t)I(t)dtCapacitaea specifica Csreprezinta raportul dintre capacitatea de debitare C si masa totala m a generatorului.Cs= C / msi Ws= W / mWsfiind energia specifica a generatorului. Determinarea rezistenteiinterneRezistenta unei pile electrice se poate determina comparind celula galvanica cu un circuit echivalent de genul celui dinfigura,undeCestecapacitateastratului dubluelectrucceaparelaelectrozii pilei,rprezistenta introdusaincirciutdatoritapolarizarii electrozilor,iar R0rezistentaohmicaacelulei : estesupratensiuneacare apare datorita polarizarii electrozilor.Expresia impedantei este:Z= 0R+Rp[ 1]1

,_

RpCtexp 1Capacitatea de debitare a pilei electrice se poate exprima in general prin relatia : C=dtRt I r t R t I t Etep c+ 0)] , ( ) ( )[ ( ) (Unde Re = constanteste rezistenta circuitului exterior. 5.3.Pile electrice primare Pile Leclanch

Pilele primare se caracterizeaza prin faptul ca dupa epuizarea substantei activenu mai pot functiona fara inlociurea acestuia.O pila ireversibila este pila Volta,cu Lantul electrochimic:(-)Zn|H2SO4Ag(+)In timpul functionarii pilei,de pe electrod trec ioni de zinc in solutie iar pe electrod de argint se neutralizeaza ionii de hydrogen.T.e.m. a acestor pile scade rapid in timpul functionarii,din cauza polarizarii puternice care apare la electrodul deargint.Lainterupereacirciutului dedebitare,polarizareadisparetreptat,iart.e.m. revineincet la valoarea initiala.Introducerea unei substante oxidante injurul electrodului pozitiv duce la opolarizare mai rapida.George Leclanch a inventat (1867)pila care-I poarta numele,folosind lantul electrochimic: (-)Zn/NH4Cl/MnO2(+)T.e.m. a pilei Leclanch este de 1,5 V,iar capacitatea de debitarev depinde de constructia pilei.Fig.5.2.Caracteristicile electrice ale pilei Leclanch uscate.Pila GrenetEste formata dintr-un electrod de zinc si un electrid de carbune introdusiintr-un vas de sticla.Electrodulcare se utilizeaza este formata dintr-o solutie apoasa de acid sulfuric amestecata cu biocromatde potasiu,cu rol de depolarizant.Lantul electro chimic are urmatoarele componente:(-)Zn| H2SO4+K2Cr2O7| C(+)Pila Grenet se caracterizeaza prin debitarea unor curenti de intensitatii mari.T.e.m.este de 2 V.Pila Grenet sa fie utilizata in special pentru descarcarea de scurta durata la curenti intensi.Fig.5.3.Caracteristica de descarcareU=U(t) a pilei Grenet. 5.4.Pile reversibilePile reversibile se deosebesc de pilele primare prin aceea ca ,atunci cand li se aplica o t.e.m. de sens opus,proceselecareaulaelectrozi seinverseaza . Dacaintimpul debitari curentului,ionii demetal trecin solutie,pila debitand current electric ,laaplicarea unei t.e.m.in pila este introdus un current electric si datorita elecrololizei care ia nastere,ionii din solutie se depun pe electrodul negativ.Dintre pilele reversibile,mai important sunt pila Daniell-Jacobi,pile de concentratie, acumlatoare electrice,etc. Pila Daniell-Jacobi Se compune dintr-un electrod de zinc scufundat intr-o solutei de sulfat de zinc si dintr-un electrod de cupru introdus intr-o solutie de sulfat de cupru.Lantul electrochimic: (-)Zn |Zn SO4 |Cu SO4| Cu (+)Valoarea t.e.m. determinate experimental este E=1,093 V.Fig.5.4.Caracteristicilede descarcare a pilei Daniell-JacobiContributi romanesti in dezvoltarea pilelor electrice Cercetarile in domeniul pilelor electrice intalnim inca de la inceputul secolului al XX-lea in preocuparile unor mari fizicieni romani.Stefan Procopiua studiat variatia t.e.m. a unor pile galvanice, prin agitarea mecanicaa unuia dintre electrozi.N.Vasilescu-Karpen a realizat un nou tip de pila cu particularitati desebite pe care a denumit pila K[18].Academicianul Th.V.Ionescu a contribuit la dezvoltarea studiului proceselor producatoare de curent electric in pile galvanice. Pila K.Pila K au fost construite si studiate indelung de N Vasilescu-Karpen.Sunt alcatuite din electrozi de metalneatacabile chimic:platrina platinata neagra ,platina platinata cenusie,platina lucie,aur platinat.Electrolitulpoate fi apadistilata, acidsulfuricpur,incareseintroducelapresiunefoartemici, ocantitatemicadeoxigensaude hidrugen.Este alcatuita dintr-un electrod de platina si aur.Lantul electrochimic este: (+)Pt| H2O| Au(-) sau Pt| alcool metilic|apa | Pt. 6. ACUMULATOARE ELECTRICE CU PLUMB. Teoria proceselor de electrod.Acumulatoarele electrice sunt pile reversibile formate dintr-un grup de electrozi de specia intai si dintr-un alt grup de eklectrozi de specia a doua.Acumulatorul electric constitue o soluie practic i eficient pentru stocarea energiei electrice. Energia electric, ntr-un proces tinific de conversie,este transformat n energie chimic, n timpul ncrcrii acumulatorului, iar energia chimic este reconstituit n energie electric sub un randament de conversie ridicat n timpul unei descrcri intermitente sau continui.Cel mai vechi i cel mai rspndit acumulator electric, este acumulatorul cu electrolit acid i electrozi de plumb.Acumlatorul cuplumbprezintacaracteistici superioare altor acumlatoare.T.e.m.arevalorimairidicate (E=2,035V),iartensiunaedelabornein timpul descarcariieste constanta,pentru diferite valori ale intensitati curentului electric. n fabricaiile curente, pentru utilizri specifice exist i alte tipuri de acumulatoare alcaline. Denumirea provine de la electrolitul alcalin(o soluie apoas de hidroxid de potasiu i sodiu). Electrozii acumulatoarelor alcaline sunt cuplurile: nichel-cadmiu, nichel-fier, nichel-zinc, argint-zinc i altele.Pentru demarajul auto se folosesc aproape n exclusivitate acumulatoarele acide cu electrozi de plumb.Utilizarea acumulatoarelor alcaline este nejustificat datorit costurilor foarte mari i faptului c materialele active din componena lor sunt limitate, mai greu recuperabile i strict dirijate.6.1. Principiul de funcionareSub forma lui cea mai simpl, un element de acumulator const dintr-o cuv n care sunt introdusi doi electrozi tip plac, unul de polaritate pozitiv, numit anod,farmat din PbO2 i altul de polaritate negativ, denumit catod format din plumb spongios.Lichidul n care sunt imersai electrozii este o soluie apoas de acid sulfuric.ntre electrozi se interpun, ca elemente de separare, nite membrane microporoase, care permit transferul de ioni, dar mpiedic contactul direct (scurtcircuitul).Lantul electrochimic se poate scrie sub forma :(+)PbO2(Ccq)H2SO4 Pb(-)La electrodul negativ procesele chimice sunt descries prin reactia :

Pb+SO42-PbSO4+2e-iar la electrodul pozitiv prin reactia :PbO2 +SO42-+4H++2e-PbSO4+2H2Ose produce procesul global.La un element n stare ncrcat,masa activ a catozilor este bioxidul de plumb (PbO2), iar la anozi ea are o structur spongioas pe plumb.Electrolitul pentru acumulatorul ncrcat are densitatea cuprins ntre 1,27 g/cm3 i 1,29 g/cm3. Se subliniaz c n procesul de ncrcare-descrcare electrolitul ia parte activ. n stare descrcat densitatea electrolitului este cuprins ntre 1,15 g/cm3i 1,26 g/cm3, n funcie de profunzimea descrcrii. Prin ncrcaresulfatul deplumbdinplcilepozitivesetransformnacidsulfurici bioxiddeplumb, iar plcile negative n plumb spongios i acid sulfuric (teoria dublei sulfatri):2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4Dou molecule de ap din electrolitul diluat, prin desulfatarea electrozilor, refac dou molecule de acid sulfuric i procesul continu pn la completa dispariie a sulfatului de plumb din electrozi (la ncrcare). Acidul sulfuric rezultat se dizolv n electrolit mrindu-i concentraia.Pe msur ce se ncarc acumulatorul, ten siunea la borne poate crete. La o ncrcare complet tensiunra la borne poate ajunge la 2,65-2,75 V/element, respectiv 16-16,5 V la o baterie de 12V. O ncrcare prelungit peste 2,35 V/element, respectiv 14,1 V/baterie angajeaz un proces secundar de electroliz a apei i se degaj n atmosfr n molecule de O2i 2n molecule de H2. n acest fel, prin pierderea unei cantiti de ap electrolitul se concentreaz i mai mult. Acest proces nedorit se corecteazprin limitarea tensiunii de ncrcare la 2,35V i prin completarea nivelului de electrolit cu ap distilat sau demineralizat de cte ori este nevoie.n procesul de descrcare, cnd se restituie energia electric stocat n acumulator att placa anod ct i placacatodsesulfateazprogresiv, parial sautotal, nfuncie deprofunzimea descrcrii. Ladescrcare mecanismul de reacie este invers:PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2OSulfatul de plumb care se formeaz acoper superficial sau profund electrozii, iar apa care se formeaz mrete diluia electrolitului i face s creasc rezistena intern. Mrindu-se rezistena intern scade tensiunea la borne pn la valoarea de oprire, cu att mai intens cu ct curentul de descrcare este mai ridicat.n ansamblu, mecanismul dublei sulfatri se prezint astfel:PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2OEste evident c apa joac un rol activ n exploatarea acumulatorului i rezult de aici importana unei ntreineri corecte, cu completarea periodic a apei pierdute la ncrcri prelungite sau suprancrcri.n procesul de ncrcare, respectiv de decrcare, are loc un transfer de ioni. Aceti ioni trec trec ntr-un senssaualtul prinmembranaseparatoaredintreelectozi. Membranaseparatoareareroluldeaizolaelectronii electrozii (s mpiedice scurtcircuitele), dar trebuies fie suficient de poroas pentru ca ionii s o poat strbate cu uurin. ns porii acestor membrane se impune s fie att de mici nct s nu poate fi strbtui de masa activ a electrozilor sau de paricule metalice coloidale.Cu toate acestea,membranele separatoare trebuie s aib o rezisten mecanic suficient de mare ca s suporte operaiile tehnologice i presiunea intern de exploatare. n stare ncrcat plcile electrodau volumul cel mai mic, n timpul descrcrii ns transformat n sulfat de plumb, i mresc volumul de 1,5 -1,8 ori. Supratensiunea provocat decretereavolumului o suport membranele separatoare.Degradarea lor d natere scurtcircuitelor, respectiv la scoaterea din finciune a ntregului acumulator.6.2. Construcia specifica.Elementul acumulator.Unitatea de baz a unui acumulator este celula sau elementul.El se compune, n prinvipiu, din dou plci electrod. Un numr de n plci pozitive (n fiind mai mare sau egal cu 1 i mai mic sau egal de 15), se leag n paralel prin intermediul unei puni de plumb, constituind grupul catodic al elementului; un numr de n+1 plci negative legate n paralel tot prin sudur, de o punte de plumb, constitue grupul anodic. Cele dou grupuri de plci se ntreptrund astfel ca fiecare plac pozitiv s fie cuprins ntre dou plci negative, iar pentru prevenirea contactului direct ntre plcile de semn contrar se interpune un separator microporos. Numrul membranelor separatoare pe element vafi deminim2n(dacansamblul degrupuri arejocncelulsepoateadugapentrumpnarei cteun separator de margine, care nu are practic un rol funcional).Ansamblul de grupuri i separatoare se introduce ntr-un vas-container, cu rezistena mecanic la vibraii, zdruncinri i impact, cu o bun rezisten chimic laaciunea coroziv a electrolitului pe baz de acid sulfuric, n limitele de variaie termic cuprinse ntre 40 i +50 grade C. Acest vas-cuv, n construciile curente este din: ebonit, polipropilen-copolimer, ABS, polistiren, PVC-plastifiat.n fabricaiile moderne este preferat polipropilena-copolimer pentru o superioar rezisten mecanic i chimic, pentru c permite termoetanarea i pentru faptul c poate fi asociat unor variante constructive mai economice.La introducerea electrolitului se are n vedere ca grupul de plci electrod s fie complet acoperit. Nivelul electrolitului se ridic cu 10-20 mm peste marginea superioar a separatorilor. Un capac din aseai material cu vasul cuv, realizeaz nchiderea. Etanarea vas-cuv se face n mai multe variante:la ebonit, prin adezivi de etanare de natur bitumioas, din rini epoxilice sau poliuteranicela polipropilen-copolimer prin sudur termic, fr adaos auxiliar de materialla polistiren, ABS sau PVC etanarea se face prin lipire cu o soluie adeziv realizat din materialul de baz i un solvent corespunztor acestuiaPrin capaculde nchidere trec polii born, iar etanarea capac-pol se realizeaz n mod diferit: prin sudur, deobucdeplumbncorporatncapac, prinintermediul unor garnituri elasticedprofil adecvat sauprin termosudur. n figura 1.7 s-a prezentat schematic un element cu reperele sale componente. n capac se nurubeaz un dop care are urmtoarele funcii:permite evacuarea gazelor, reinnd particulele de electrolitpermite controlul nivelului de electrolit i prelevri n vederea msurrii densitiipermite completri de nivel sau nlocuirea electrolitului n caz de nevoiePentru acumulatoarele fr ntreinere dopurile, de construdie special, faciliteaz recombinarea: 2H2O+O2=2H2Oiar apa rezultat se ntoarce n element restabilind nivelul.b.Bateria modul.Acumulatoarele electrice pentru demarajul motoarelor termice sunt uniti de 6, 12 sau 24V. Unitile de 6 i 12V suntnconstruciemonoblocde3sau6 elemente montate ntr-o cuv compartimental.Fiecare compartiment reprezintunelement. Fiecareelement areaceai numr deplci electrod, cucapacitatesensibil egal. Prin nserierea acestor elemente seobine la bornele terminale o tensiune de 3x2=6V, sau 6x2=12V.Existi altevariantedenseriere, cucompartimentri ndouiruri paralele, cubornelepepartea frontal a bateriei. Bateriile cu mas mai mare de 25 kg sunt prevzute cu mnere pentru siguran n transport i nmanevrrileimpusedentreinere. Pentrurealizareaunor tensiuni maimari de 12V sefolosesc, n general, module de 12V nseriate.6.3. Parametrii de bazAacumamartatanteriorunitatea acumulatorului electric este elementul.Parametrii caracteristici ai elementului stau la baza parametrilor fincionali ai bateriei.6.3.1.Tensiunea electromotoare.Unitatea de msur este voltul, iar tensiunea unui element aci cu plumb este dat de diferena dintre potenialulu grupului de plci pozitive i cea a grupului de plci negative.Dacasetineseamadeactivitatiilecomponentilor careparticipala procesulcurentuluielectric,rezultarelatia generala :E=E0-i ii aZFRT lnE valoarea standard a t.e.m. pentru ai=1;z este valenta ,ieste coeficientul a carui valoare pentru produsele initiale este i= -1,iar pentru produsele finale i=1;i sunt coeficienti stoechimici din ecuatia F=96500 C,T este temperatura exprimata in scara Kelvin ,iar R constanta gazelor perfecte.Pentru acumlatorul cu plumb relatia de mai sus are forma: E=E0+ O HSO HaaZFRtT24 2ln Tensiunea unui element acid cu electrozi de plumb depinde de potenialul grupului de plci pozitive (care crete cu starea de ncrcare respectiv cu densitatea electrolitului) i de potenialul grupului de plci negative (care scade cu starea de ncrcare):U=E+-E-O formul empiric ne d valoarea potenialelor electrod n funcie de densitatea electrolitului (a crui valoare depinde de starea de ncrcare):E+=1,2+0,8dE-=0,36-0,2dde unde:U=0,84+dPentru starea complet ncrcat cndd=1,28 g/cm3 rezult:U=0,84+1,28=2,12VValori caracteristici ale tensiunii electrice la acumulatoare sunt considerate: Tensiunea nominal(Un)- reprezint tensiunea specific a sistemului i are valoareade 2,0V. Ea se consider a fi o valoare medie ntre starea complet ncrcat a elementului i starea descrcat, dac descrcarea se face n regim de 20h. Tensiuneancircuit deschis(tensiuneangol)- senoteazcuU0i reprezint valoarea tensiunii la borne. n stare ncrcat a elementului, la 2-3h dup oprirea ncrcrii, pentru electrolitulcu densitate normal are valoarea de 2,10-2,15V/element, respectiv 12,6-12,9V pe bateria cu 6 elemente. Tensiuneadesarcin- senoteaz cuUs, are valori caredepinddemrimea curentului de sarcin i de nivelul de descrcare a acumulatorului. Valoarea tensiunii n sarcin este mai micdect U0i mai maresauegalcutensiunealacareseopretedescrcarea, respectiv tensiunea final (Uf). Tensiunea final variaz ntre 1,0-1,8 V-element, n funcie de mrimea curentului de descrcare. Pentru variaia tensiunii n sarcin vezi figura 1.8:00,10,20,30,40,50,60,70,80,911,11,21,31,41,51,61,71,81,920 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20t[h]U[V] tensiunea final 5h 10h 15h 20hFigura 6.1: Curbele de variaie a tensiunii cu regimul de descrcare Tensiunea de ncrcare-nu este o tensiune cpecific acumulatorului, ea depinde desursa i metoda de ncrcare. n ncrcrile rapide curenii fiind mai mari, tensiunea poate atinge repede2,75V/element, provocndpierderi importantedeapdincauzaunui processecundar de electroliz,asociat ncrcrii, cnd tensiunea depete 2,35 V/element. Pentru variaia tensiunii de ncrcare vezi figura 1.9. Se remarc faptul c la ncrcarea n regim de 3h (curba a) punctul critic c, de ncepere a procesului de electroliz, se atinge dup 1,85h, cnd stadiul de ncrcare al bateriei este de 56%, la ncrcarea n regim de 10h punctul critic c se atinge dup 7,25h, cnd stadiul de ncrcare al bateriei este de 68%. n practic nu se lucreaz cu elemente, ci cu baterii de elemente. O baterie se realizeaz prin conectarea mai multor elemente (n serie, n paralel sau mixt). Figura 6.2:Curbele de variaie a tensiunii de ncrcare:a-n regim de 3hb-n regim de 10h6.3.2.Tensiunea de la borne.Tensiuneadelaborneleacumlatorului depindedemai multi factori impotanti si variazacu timpul,crescator la incarcarea si descarcator la descarcarea acumlatorului.Tensiunea de incarcare Uise poate exprima prin relatia: Ui=E+Ep+rciIi

Iar tensiunea de descarcare Ud prin relatia : Ud=E+Ep-rcId.Unde Ii si Id sunt intensitatile curentului de incarcare si respective de descarcare ,iar rci si rd rezistenteleinterioare produse de polarizatia de concentratie.Valoarea medie a tensiunii de la borne se poate determina prin relatia : U=tdt t UT0) (1 sau U=nUnii 1Tensiunea de la borne in timpul descarcarii variaza dupa funtia U=U(t).Variatia tensiunii de lucru poate fi exprimata prin caracterstica tensiune-curentU=U(I).Marimea rezistentei interiore poate fi calculata conform relatie:1,71,81,922,12,22,32,42,52,62,72,80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10U[V]t[h]tensiunea criticbac cr=] [1 21 2I IU U6.3.3.Capacitatea de debitare.Capacitatea de debitare caracterizeaza acumlatorul din punct de vedere al cantitatide elecricitate pe care o poate acumla si debita apoi la descarcare.Functionand reversibil, Acumulatoarele electrice se caracterizeaza prin capacitatea de incarcare.Ci=t0Ii(t)dtsi prin capacitaea de debitare a curentului electric;C=t0I(t)dtunde Ii si I sunt intensitatile curentilorde incarcare si respective de descarcare.Capacitatea de debitare depinde de factori care determina functionarea acumlatorului in special de supra fata activa a electrozilor si de densitatea curentului de descarcare.La descarcarea acumlatorului prin curenti de intensitatimici procesul de difuzie se poate desfasura intens si cuusurinta,panainprofunzimeaelecrozilor deplumb,fapt careasiguraunschimbdesubstanteaproape completa intre electrolit si placile de plumb,prelungind durata de descarcare.Aceasta are ca efect cresterea capacitati de debitare a acumlatorului. Descarcarea cu intensitati mari de current electric duce la cresterea polarizarii electozilor,ceea ce limiteazaprocesul dedifuziesiducetransformareapartialaamasei active.Dinaceastacauzaapareosulfatare accentuata a suprafatei elecrozilor si drept urmare,a descrestere rapida a tensiunii la borne.In consetinta capacitatea de debitare a acumlatorului se micsoreaza. Capacitatea nominal-se msoar n amper-ore (Ah) i reprezint cantitatea de electricitate pe care o poate debita un element complet ncrcat n regim de 20h pn la tensiunea limit de 1,75V, la temperatura de 25 grade C. Capacitatea nominal scade cu temperatura comform figurii 1.10, i de aceea demarajul la temperaturi joase este mai dificil. Capacitatea nominal, n regim de 20h se noteaz cu C20. Asociat acestei capaciti se definete curentul nominal, care reprezint a douzecea parte din valoarea capacitii nominale, respectiv:In=0,05C20 [A]01020304050607080901001101200 1 2 3 4 5 6In[A]C[%]25C10C0C-10C-20CFigura 6.3:Curba de variaie a capacitii cu temperatura Capacitateadisponibil-este capacitatea debitat (Cd)de un element n regimuri de descrcare mai severe dect cel nominal. Se msoar tot n amper-ore i reprezint o fraciune din capacitatea nominal:C[%]=Cd[Ah] / Cn[Ah]x1000204060801000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20C[%] t [h]Figura 6.4:Curba de variaie a capacitii cu regimul de descrcaren diagrama din figura 6.2 este ilustrat variaia capacitii disponibile n funciede regimul de descrcare:Unelementcarearecapacitatea de 70 Ah n regim de 20h are numai 65% din capacitatea nominal, respectiv 46 Ah. Rezult c elementul respectiv descrcat cu 23 A, dup 2h ajunge la tensiunea final de oprire. La conectarea elementelor n serie, capacitatea bateriei are valoarea capacitii modulului complet.La conectarea n paralel, capacitatea se amplific cu numrul elementelor legate n paralel.6.3.4.Rezistena electric.Prinrezisteninternaunui acumulator senelegerezistenaelectricpecareoopuneacest acumulator la trecerea curentului electric.Rezistena intern a acumulatoarelor de plumb este relativ mic, de ordinul zecilor de miliohmi. Ea depinde de: specificul constructiv: numrulde electrozi, membrane separatoare,electrolit, piese accesorii i modul lor de asamblare ntr-o baterie regimul funcional:intensitatea curenilor de sarcin, modul de exploatare (continuu sau intermitent) starea de ncrcare:complet ncrcat, parial descrcat, total descrcat.Dintre toate acumulatoarele acide cu plumb, acumulatoarele pentru demaraj au un specific constructiv de natur s asigureceamai micrezistenintern:plci subiri inumeroasemembraneseparatoaredegrosimemic, cu legturi de nseriere scurte i cu densitate mai ridicat a electrolitului.Componenta de polarizare a rezistenei interne, prin faptul c regimul de funcionare este intermitent, nu iavalori semnificative, dect ncazul unor repetatencercri depornirenereuite, cuoduratdeacionare prelungit.Rezistenainterncretecustarea de descrcare datorit plcilor electrod parialsulfatate i densitii reduseaelectrolitului. Deaceeaprinfuncionarenparalel cusursadencrcare, acumulatorul trebuiesfie permanent ncrcat.n funcie de specificul constructiv, rezistena unui element de acumulator destinat demarajului, avnd o capacitatede1Ah, estecuprinsntre0,1-0,15 .Elementul cuocapacitateCnvaaveaorezistenintern cuprins n domeniul:0,1/Cn-0,15 Cn .Avnd n vedere c rezistena intern a acumulatorului este mic, se nelege cun scurtcircuit la nivelul bornelor angajeaz cureni de intensitate mare, n cele mai multe cazuri, provoac degradarea lui.Rezistena intern a unei baterii rezultat din nserierea a n elemente este:Rib=n rie [ ]unde rie este rezistena intern a unui elementRezistena unei baterii provenit din conexiuni mixte va fi:Ri0= rie / p*n [ ]n care p este numrul elementelor legate n paralel, iar n este numrul de astfel de uniti, legate n serie.6.3.5.Energia acumulatorului.Energia electric debitat de acumulator se determin fcnd produsul dintre tensiunea de descrcare i capacitatea dat:W=UCsau, dac se ine cont de relaia:W=tdt t I t U0) ( ) (n timpul funcionrii acumulatorului, la descrcare printr-o rezisten constant, variaz att tensiunea la borne, ct i intensitatea curentului. n acest caz P=P(t).Cn=220Ah(tipPAS). AriacuprinsntrecurbaP=P(t)iaxeledecoordonateestenumericegalcuenergia debitat de acumulator.Densitatea de capacitate cc este dat de raportul dintre capacitatea de debitare i masa acumulatorului:cc=mC=mI(t)0tdt [Ah / kg]Energia specificat este dat de raportul:ws=mW=mU(t)I(t)0tdt [Wh / kg]Creterea capacitii specifice i a energiei specifice debitate se pot obine prin mrirea masei active a acumulatorului, prin micorarea distanei dinter electroyi, ca i prin reducerea grosimii acestuia.Oalt caracteristic o reprezint puterea specific ps, care este dat de raportul dintre puterea acumulatorului i masa sa:ps=mP=mU(t)I(t) dt[W/kg]mrime important pentru acumulatoarele utilizate n regimuri grele de exploatare.Pentruarealizaacumulatoarecuputeri specificemaxime se caut s se utilizezeelectrozisubiri,de grosime aproape naglijabil i foarte apropiai ntre ei. n acest modcapacitatea depinde ntr-o msur mai mic de intensitatea de descrcare.6.3.6.Randamentul funcional.Randamemtulreprezinta gradul de utilizare a cantitati de electricitate acumlate (incarcate).Acumulatorul de demaraj are un randament funcional bun. El poate fi exprimat n dou moduri: Raportul dintre cantitatea de electricitate disponibil n stare ncrcat i cantitatea de electricitate consumat pentru ncrcarea acumulatorului. Acest raport are valori cuprinse ntre 0,8 i 0,9 respectiv ntre 80% i 90%. Valorile mari sunt pentru elemente noi i valorilemici pentrucelecuvechimefuncionalmai ndelungat. Inversul acestui raport nedvaloarea factorului de ncrcare. Un acumulator cu randamentul de 83% are un factor de ncrcare 12 ceea ce nseamn c pentru o ncrcare bun, la capacitatea nominal de 100 Ah, se consum 120 Ah.Randamentul depinde de gradul de utilizare a cantitii de electricitate acumulate (ncrcate) i se exprim prin raportul dintre capacitate debitat i capacitatea ncrcat:w=% 100(t) II(t)t0it0dtdtRandamentul energetic este raportul dintre energia disponibil a unui acumulator, n stare ncrcat, n regim nominaldedescrcareienergia consumat la ncrcare.Randamentul energetic are valori cuprinse ntre ntre 65% i 75%,dincauzapirderilorenergetice pe retistena intern. Valoarea medie a tensiunii de ncrcare este sensibil mai mare dect media tensiunii la descrcare, n regim nominal. Se consum cu aproximativ 30% mai mult energie dect poate restitui acumulatorul, imediat dup ncrcare.Randamentul energetic se poate exprima prin raportul:w=% 100(t) (t)I UU(t)I(t)t0i it0dtdtRandamentul energeticestemai micdect randamentul decurent idepindenmai maremsurde regimul de ncrcare-descrcare, care influeneay[ puternic tensiunea de la borne.6.3.7. Autodescrcarea acumulatoarelor.Dinpunctdevedereeconomicestefoarte important ca un acumulator s-i poate pstra capacitatea, n timpul perioadelor de conservare, ct mai constant.Acumulatoarele de demaraj, de construcie clasic, au o pierdere medie zilnic, ntr-o perioad de 30 de zile de conservare, de 0,6 -1%. Dup o lun de conservare inactiv se pierde 18-30% din capacitate i de aceea se impun ncrcri repetatela o depozitare prelungit, cu aceast periodicitate.Acumulatorul modern, cu ntreinere redus sau fr ntreinere, are o autodescrcare mult mai mic i ncrcareaperiodicdeconservareseimpune dup 3 luni, respectiv 6 luni, autodescrcarea lor fiind de 3 ori, respectiv 6 ori mai mic. Coeficientul de autodescrcare se determin cu ajutorul relaiei:Cn=% 100NCC - CnnCnfiindcapacitatea nominal pecareoareacumulatorul lautilizare-imediat dupterminarea ncrcrii- la intensitatea nominal, iar C fiind capacitata msurat dup N zile de nefolosin.ntabelul 1s-aunscris valorile autodescrcrii pentruacumulatoarele clasicei celemoderne la temperaturi diferite:Temperatura [C]Acumulator clasic Acumulator fr ntreinere10 35 620 50 930 80 1440 100 25Tabelul1:Autodescrcarea, la diferite temperaturi, dup trei luni de depozitare n stare complet ncrcat.6.3.8. Durata de serviciu.Duratadeserviciusauduratadefunctionaresauduratadeviataaacumlatorului cuplumbse caracterizeaza prin numarul de cicluri incarcare-descarcare,pana cand capacitatea se reduce la o anumita valoare limita .n exploatarea curent se folosesc baterii modul de 6, 12 sau 24V. Durata de via a unei astfel de bateriieste limitat de durata celui mai slab element. ntr-o fabricaie omogen elementeleau aproximativ aceai durat de via.Durata limitaminima la Acumulatoarele pentru pornire este de 70% din capacitatea nominala.Statistic s-a constatat c bateriile de fabricaia curent dureaz 2-6 ani, n funcie de intensitatea solicitrilor i modul de ntreinere i exploatare.Un autovehicul cu porniri rare, care ruleaz pe osele asfaltate pe distan lung (transport internaional sau interurban), solicit mai puin acumulatorul dect autovehiculele cu multe porniri, cu parcurs mediu limitat i drumuri accidentale (autobasculante sau autocamioane de antier, tractoare). Acumulatoarele cu care se echipeaz acestea din urm, fiind mai solicitate, dureaz mai puinCauzelemicsorarii durateideserviciuaAcumulatoarele suntatribuite proceselor de coroziunea gratarelor ,deformareaacestoraintimpul functionarii,sulfatarii ireversibileaelectrozilor deplumb, precumsi scaderea masei active a electrodului pozitiv. Duratadeserviciuaacumlatoarelordepindesidetemperaturamediului ambient lacareareloc exploatarea lor.S-a constatat ca durata de serviciu a cumlatoarelor de pe autevehicule este mai mare in cazul functionarila temperaturi cuprinse intre 35 si 50C in timp ce la temperaturi cuprinse intre 19 si 32 C(acesta durata se reduce mult). Masa activa a electrodului isi pierde foarte rapid capacitatea ,in special la descarcari prin curenti de intensitatimari datorita pasivizarii electroduluisi cotractiei plumbului spogios.7. PROIECTAREA TRANSFORMATORULUI DE RETEA DATE INITIALE Date de plecare la calculul transformatorului de retea pentru un alimentator sunt in general urmatoarele:-tensiunea efectiva din primar :E,de obicei 220V,-cresterea procentuala posibila a tensiunii retelei :100E1/E1(de obicei 510%), -tensiunea efectiva in fiecare infasurare secundara (daca sunt mai multe ):E2i (I-1,2,)in V.-curentul efectiv maxim in fiecare infasurare secundara:I2i in A (la tensiunea E2imax),-rezistenta totala a transformatorului:r2ipentru fiecare infasurare secundara .7.1.Proiectarea transformatorului a)Sedeterminaputereaaparentamaximanecesarainfiecareci rcuit secundar(incluzindsipierderilein infasurari prin folosirea tensiunii effective in gol).P2i=

,_

+111EEE2iI2i (I=1,2,.) [VA]si puterea aparenta totala din secundarP1= ni 1P2iPentru un redresor bialternanta cu punct de nul puterea P2i se aduna de doua ori. b)Se determina curentul efectiv total din primarul transformatorului I1=(1,4;.1,8)ni 1I1i[A]unde I1i reprezinta curentul primar consumat datorita infasurarii secundare de ordinul I, iar factorul din fata sumei include cresterea datorata curentului de magnetizare al transformatorului sipierderile de putere in miezul ferromagnetic, cresterevalabilapentrucazul utilizarii unei inductii B=0,81,2T(valoareamai marepentru B=1,2T).Desi folosirea unei inductiiB mai mare este indicata in literature de specialitatepentru transformatoare de putere redusa(in scopul reducerii cantitatii de conductor de bobinaj utilaizat),se observa din relatia de mai sus un efect negativ al inductiei mari. Pentru infasurarii secundare ce furnizeaza curentul alternativ unor sarcini rezistive sau unui redresor in punte,calculul curentului I1i,se face cuajutorul raportului detransformare al transformatorului pentruaceea infasurare.I1i =iinI2unde ni =iEE21Pentru infasurari secundare se alimenteaza alte tipuri de redresoare,curentul din primar se calculeaza cu una din relatiile:-pentru redresor monoalternantaI1i =20221i r iiI In-pentru redresor bialternanta cu punct de nul (se calculeaza curentul din primar datorat ambelor secundare)I1i =iiIn22 c)Se calculeaza puterea aparenta maxima din secundarul transformatorului:P1 =] [ 11 111VA I EEE

,_

+ d)se calculeaza puterea medie a transformatorului:P= ] [22 1VAP P + e)Se determina sectiunea miezului (coloanei pe care se afla plasate bobinajele conform):SFe=(1,41,9) P[cm2]Unde valori;e mai reduse ale coeficientului se adapteaza pentru puterea P mai mici (de ordinul cativa watt ). f)Se determina dimensiunea modulara pentru tole de tip E+I cu relatia:a=(3,74,4)FeS[mm]SFese masoara in [cm2],asigurandu-se astfelun raport optim intre laturile sectiunii miezului (un cost mai redus al transformatorului).Dimensiunea d trebuie normalizata. g)Se determina latimea pachetului de tole:b aSFe2100[min]consideridu-se factorul de umplere a miezului apropiat de 1.In cazul unui produs de serie merita sea se solicite datele carcaselor de plastic injectate la intreprinderi de profil spre a se gasii eventual o carcasa potrivita pentru transformatorul ce se proiecteaza. h)Se determina numarul de spire pe volt (necesar pentru a se obtineo tensiune de 1 V a o anumita inductie maxima B)Nv = (cu Bin [T]si SFe in [cm2]),Unde Beste maxima admisa (subvaloarea de saturatie a tole;or folosite).In mod obisnuit B=0,8.!,2 T, recomandandu-se valoarea superioara pentru puteri mai mici si tole subtiri (0,35 mm).Totusi trebuie tinut cont ca o inductie de valoarea mare conduce la ocrestere importanta a curentului de magnetizare si deci a curentului total din primar. i)Se determina numarul de spire al infasurarilor din primar si din secundare:N1=NVE1N2i =NvE2i Inrelatiademai susnus-amai inclusunfactor de1,051,1cumapareinindrumatoarelede calcul,deoarece se utilizeza tensiunile in gol ale secundarului(nu mai trebuie tinut cont de caderea de tensiune pe bobinaj). j)Se determina grosimea in fereastra a fiecarui infasurari in urma unei distribuiri aproximative a latimii ferestrei proportional cuamperspireleNiIialefiecarei infasurari.Astfel grosimeabobinajului infasurari deordinul ise calculeaza cu relatia:g1=(a+gc)i iS N I NI N2 2 1 11 1+ig2 =(a- cg)i ii iI N I NI N2 2 1 12 2+[mm]cu grosimea gca peretelui coloanei carcasei pe care se va executa bobinajul in mm. k)Se determina lungimea spirei medii a fiecarei infasurar,considerand ca prima infasurare ce se bonoineaza pe carcasa este cea primeaza l1med 2(2a+b+4c)+g1 [mm] l21med l1med+(g1+g21), l22med l21med+(g21+g22).La realizarea transformatorului se va respecta ordinul de bobinaj a infasurarilor care a fost presupus aici la calcul.Desi in mod obisnit infasurarile secundare pentru un redresor cu punct de nul se bobineaza cu aceeasi tip de cindudtor, este posibil(si mai corect) in principiu sa se calculeze diametrul necesar pentru fiecare din ele astfel incat sa rezulte aceasi rezistente r2.De aceea,lungimea spirei medii se calculeaza separate pentru fiecare secundar din cele doua. l)Se determina lungimile totale ale conductorelor de bobinaj: l1=N1l1med10-3[mm] l2i=N2il2i 10-3[mm] m)Se repartizeaza rezistenta totala a transformatorului pe infasurarile primare si secundare.Acesta repartizata ar trebui facuta astfelincat sa se obtina o incalzire mai uniforma a acestora(densitatea de curent uniforma).In cazul cand din secundarul transformatorului se alimenteaza un singur redresor,conditia de mai sus se poate prinde intr-o relatie simpla.Pentru redresor monoalternanta. 1 0,4 rTsi r2- 0,6 rTpentru redresor in punte 1 0,38 rTsi r2 0,62 rTsi pentruun redresor cu punct de nul 1 0,3 rTsir2 0,7 rT Se calculeaza apoi rezistenta : rc=n21Pentru cazul cand transformatorul alimenteaza mai multe redresoare sau sarcini, o astfel de conditie este greu de dedus si se recomanda sa se stabileasca direct rezistenta primarului r1din conditia ca densitatea de current prin conductoare din primar sa fie de 3 A/mm2. r1 118 , 18 Il(I in[m] si I1 in [A]).Apoi pentru fiecare infasurare in parte se va determina r2 cu relatia: r2i=iTinrr21m)Sedeterminadiametrul condensatoarelor debobinaj dinconditiaderealizarearezistentelor impuse anterior:

d1=0,15 11rl ;d2=0,15 iirl22[mm] o)Se citesc curenti efectiv admisi (in ipoteza unei densitati de curent de 3 A/mm2)prin conductoarele de bobinaj dincupru cu diametrele (fara izolatie) apropiate de cele de mai sus, inscopul verificarii depasirii acestora de catre curentii calculati I1siI2i.Diametrelenormalizatealeconductoarelor decuprusunt celerecomandatedeSTAS 11143-78.In ceea ce priveste densitatea de current admisa prin conductoare,indicatile din literature de specialitate sunt mult prea diferite (24,5A).Valoarea medie cel mai mult nu depaseste tamax+50C.Daca rezistenta r1 a fost determinate si numau I1 este sensibil mai mare decat curentul citit in tabel pentru diametrul apropiat de d este necesar sa se revina la punctual m,pentru a se reduce rezistenta r1, ceea ce duce la cresterea diametrului d1. Daca rezintenta r1a fost determinate din relatia de mai sus si numai I2ieste sensibil mai mare decat curentul citit in tabel pentru daimetrul d2i,se poate face o redistribuire a rezistentelei rT la punctual m astfel incat sa se scada r2isi sa se mareasca r1(r1).Se reia apoi calculul diametrelor si verificarea.Daca I2isau atat I1 cat si I2i sunt sensibil mai mari decat curenti din tabel , corespunzatori diametrelor d1 si d2i, este necesar sa se reia calculul de ordinul i,cu o valoare mai mare pentru cadera relativa de tensiunea i.Daca I2i sau atat I1cat si I2i sunt sensibil mai mici decat curenti din tabel corespunzatori diametrelor d1 si d2i (bobinaj neeconomic),se poate relua calculul stabilizatorului de tensiune (daca exista) si calculul redresoarelor de ordinul i, cu o valoare mai mare pentru i.Dupa ce s-a obtinut un rezultat corespunzator,se normalizeaza diametrele conductoarelor din primar si din secundar la valorile cele mai apropiate din tabel. p)Se verifica daca bobinajele incap in ferestra transformatorului.Verificarea bazata pe stabilizarea numarului de straturi estegreoaie.Inpracticas-averificat inmareamajoritateacazurilor caboninajeleincapinferestrele transforamatoarelor daca un coeficient de umplere a ferestrei,definit ca mai jos,nu depaseste o valoare:Fu =Afd N d Ni i22 221 1 +0,38 0,41In care Af[mm2]este aria ferestrei transformatorului si pentru tole normalizate Af=3a2. Valoarea superioara a factorului Fuse admite pentru un bobinaj ingrijit.Daca factorul de umplere Fu rezulta mai mic decat 0,30(ramane mult spatiu nefolosit in fereastra),se poate relua calculul transformatorului de la punctual esauf micsorindu-sefiesectiuneamiezului fiedimensiuneadatolelor,fieamandoua(dacaexusta reserve la factorii adaptati in relatiile acestora). Daca factorul Fu rezulta cuprins intre 0,300,35 ferastra nefiind complet ocupata,cum s-a intamplat la scrierea relatiilor de mai sus ,se va relua calculul de la punctulk,stabilindu-se grosimea bobinajelor cu relatiile:g1= aAfd N4 , 021 1;g2=aAfd Ni i4 , 022 2;unde numarul fractiilor este deja calculata cu ocazia determinarii factorului de umplere Fu. Daca factorul de umplere Fu rezulta mai mare decat 0,41, bobinajul nu incape in fereastra si SFe, a sau B(daca exista rezerva la B pana la 1,2T). Pentru protejarea transformatorului in cazul unui scurtcircuit la sarcina este indicat sa se intercaleze la iesirea fiecarui redresor cate o siguranta fuzibila dimensionata la un current cu 20%30%mai mare decat curentul Iro.Pentru evitarea aprinderii transformatorului in cazul unei strapungeri intre spirele primarului sau in cazulunui scurtcircuit in redresor este indicat sa se prevada si in primaro siguranta fuzibila, dimensionata la un curent cu 30 50% mai mare decat I1. In modobisnuit se stabileste in cazul proietului si greutatea transformatorului ceea ce insa nu se reprezinta aici.8.DISIPATIA TERMICA.

In interiorul dispozitivelor semiconductoare de putere (tranzistoare ,diode,etc.)Se dezvolta in timpul functionarii,prin efectul Joule ,cantitati insemnate de caldura .Daca nu se iau masuri eficiente de evacuare intr-un ritm corespunzator a acestei energii in mediul ambiant,temperatura jonctiunilor poate creste peste limitele admise ducand la distrugerea componentelor respective (strapungeri,jonctiunea prin avalnsa termica). Rezistenta termica. Incalea fluxului de energie care se scurge de la jonctiunea spre mediul ambiant se interpun anumite obstacole pe care le vom numi rezistente termice.Efectul lor este de a frana ,de a incetinii,respective de a micsora fluxul deenergietermica,intocmai cumorezistentaelectricaseinterpunelatrecereacurentului,provocat deo diferenta depotential.In cazul nostru,cauza fluxului decaldura oconstituie diferenta detemperatura dintre jonctiunea si aerul ambient, t=tj-ta pe care am puteao numi,prin analogie tensiune termica. Curentul termic ar fi masura cantitati de caldura transferate in unitatea de timp de la jonctiunea la ambient,adica tocmai puterea disipata,Pd.Putem enunta legea lui Ohm termica:Rezistenta termica (Rth)=) () (dP termic curentult termica tensiunea Rezistenta termica se exprima in C/W.

Rezistenta termica jonctiune-ambiant O prima rezistenta, notata Rthj-c (rezistenta termica jonctiune-capsula),este cea care limiteaza transferul de caldura intre jonctuinea si capsula tranzistorului.Ea este determinate prin constructie si deci nu avem cum sa o influentam.Valoarea ei este data in cataloage.Ajuns la capsula ,fluxul termic se ramifica.O parte , mult mai mica ,o iapecalearelativingustaarezistentei termicedintrecapsulasiaerul ambient estesinguracalededisipatie termica ,rezistenta echivalenta jonctiunea-ambiant fiind in acest caz:Rthj-a=Rthj-c+Rthc-aCealaltaparteafluxlui termicajunslacapsulaseindreaptaspreradiator,prinrezistentatermicaRthc-r(capsula-radiator).Infine ,de la radiator energia calorica este disipata in aerulambiant prin rezistenta Rthr-a(radiator-ambiant).Calculam rezistenta echivalenta a circuitului termic jonctiunea-ambiant:Rthj-a=Rthj-c+Rthc-a//(Rthc-r+Rthr-a)

Rthj-a=Rthj-c+a thr r thc a thca thr r thc a thcR R RR R R + ++ ) (Propagarea caldurii.Conductia este principala cale de a pripaga o caldura prin substante solide si intre corpurile solide aflate in contacat direct .Aceasta este cazul contctului capsula-jonctiune.(se stie ca spatial intermediar este umplut cu vaselina siliconica ),precum si al contactului capsula-radiator,pentru a ne mai vorbind de propagarea calduriprin masa radiatorului. Cantitativ,transportul de caldura princonductie in unitatea de timp este direct proportionala cu aria suprafetei strabatute de curentul termic si de derivata temperaturii dupa normala la aceasta suprafata.Factorul de proportionalitatesenumestecoefficient deconductiesi denaturacorpului.El senoteazadeobicei cusi se exprima in W/Cm.Concluzii: exploatarea la maxim a suprafetelor disponibile de contact pentru a se asigura un contact cat mai imtim cu radiatorul,iar suprafetele de contact trebuie sa fie cat mai netede;pentru ainlaturarea stratului de aer datorat;imperfectiunile suprafetelor de contact se recimanda inainte de montare,ungerea acestora cu un strat fin de vaselina siliconica;candizolareatermicaseimpune,utilizareaunor medietori decontact avandgrosimeacat mai micasi conductivitatea termica mareconfectionarea radiatorului din metale conductivitate termica mare,cumsunt cuprul si aluminiul;asigurarea unei grosimi suficiente de mare a radiatorului,in specialin zona centrala sau in vecinatatea locului de prindere a cuprului;plasarea cat mai central pe radiator, sau daca sunt mai multe tranzistoare ,plasarea lor cat mai uniforma; asigurarea unei temperaturi de lucru cat mai coborite a radiatorului. Convectia,cale specifica de propagare a caldurii prin fluide,este intalnita si in cazul nostru datorita curentilor de aer care scaldaradiatorul sicapsula.Schimbul de caldura prin convectie in unitatea de timp este direct proportionala cu aria suprafetei intere fluide si corpul solid in cauza si cu diferenta de temperatura dintre peretele corpului si fluid. Concluzii: utilizarea unor radiatoare cu suprafatatotala cat mai mare;foarteavantajoase sunt metodele cu aripioarecare permite suprafata mare la volumul redus.pozitionarearadiatoarelor astfel incat safieposibilacirculatiamaximaacurentilor deaer peintreaga suprafata(cu aripioarele in pozitie verticala);plasarea radiatorului la exteriorul aparatelor;atunci cand se impune utilizarea unor ventilatoare electrice pentru racirea fortata; plasarea radiatorului cat mai departe de celelalte surse importante de caldura din incinta aparatului sau din exterior;utilizarea unor radiatoare cu suprafete cat mai netede si nici un caz vopsite pentru a nu frana curentii de aer. Radiatia,o cale omniprezenta de propagare a calduri, se face simtita cu cat temperatura de lucru a capsulei si a radiatorului este mai mare.Energua radianta emisa sau absorbita de un corp in unitatea de timp este direct proportionala cu aria suprafetei emitatoare sau receptoaqre si cu puterea a patra a temperaturii absolute a suprafetei.La emisia si receptia energiei radiante o importanta deosebita are culoarea suprafetei.un corp negru-mat absoarbe practic toate radiatilecare cad pe el,deci are o rezistenta termica scazuta la radiatii,pe cand un corp alb-stralucitor reflecta cea mai mare parte din radiatiile incidente.Din punct de vedere al preluari energiei radiante de cpsula,este fara discutie preferabil ca radiatorul sa fie negru mat.Atunci cand radiatorul este plast in interiorul aparatului,negru-mat ofera si avantajul preluarii unei bune parti din energia radianta de la alte piese calde dinapropiere ,pe care,deasemenae, avem interesul sa le racim(vomtine cont la acaseta la dimensionarea radiatorulu,luandin calcule regimul termic a temperaturi ambiante mai ridicata).Pentru radiatoarele de dimensiuni mai mari , diferenta alb-negru se face tot mai putin simtita.Radiatoarele din aluminiu se innegresc prin metode elecrochimice iar daca vrem sa le pastram albe , se cufunda intr-o solutie diluata de hidroxid de sodium pentru matuire.Capacitatea calorica Prin capacitatea calorica se intelege cantitatea de caldura pe care trebuie sa o primeasca sau sa o cedeze un corp dat pentru a-si modifica temperatura cu 1C.Numeric,capacitatea calorica,C,este egala cu produsuldintre masa m a corpului si caldura specifica ca substanta din care este alcatuit. C=mcc-este constabta de material si e capacitaea calorica a unui kilogramdinsubstanta care alcatuieste corpul dat.Ansamblul tiristorradiator mediul ambiant formeazauncircuit termiccomplexcurezistentesicapacitatii distribuite. Constanta de timp este timpul recomandat de asteptare de la pornirea atunci cand se urmareste efectuarea unor masuratori de precizie sau asupra lor. Se indica de obicei sa se astepte 15-30 de minute in cazul aparatelor care contin radiatoare mari. Pentru a putea prelua de la capsula tiristorului o cantitate mare de caldura, far a-si ridica apreciabil temperatura,radiatorul trebuiesaaibaocantitatecaloricamare.Acestainseamnaori masamare,ori caldura specifica mare ,ori amindoua in acelasi timp.Din metalele cu conductivitate termica mare doua sunt mai accesibile,anume cuprulcu =390W/mC si aluminiul cu=220W/mC.Pentru radiatoarele mici (S