Гальванические и нетрадиционные источники питания вычислительной техники.

Гальванические элементы (батареи) и аккумуляторы применяют обычно для РЭА, работающих в неэлектрифицированной местности, а также для переносной РЭА. Для РЭА с питанием от батарей важно правильно выбрать подходящую гальваническую или аккумуляторную батарею.

Гальванические элементы и батареи

Гальванические элементы или группы элементов (батареи) относятся к химическим источникам тока, потому что происходящие внутри них химические реакции сопровождаются выделением электрической энергии. Они используются в основном для питания маломощной аппаратуры, потребляющей электроэнергию от долей ватта до нескольких ватт при токах от единиц до тысяч миллиампер и напряжениях от единиц до сотен вольт.
В настоящее время широко применяются два вида гальванических элементов и батарей: марганцево-цинковые и окисно-ртутные.
Марганцево-цинковый элемент состоит из цинкового стакана (отрицательный электрод), внутри которого расположен угольный стержень (положительный электрод), помещенный в мешочек с марганцевым деполяризатором. Свободное пространство в стакане заполнено электролитом (раствор нашатыря).

1 - цинковый стакан
2 - угольный стержень
3 - марганцевый деполяризатор
4 - густой электролит
5 - картонный футляр
6 - картонная изолирующая прокладка
7 - матерчатый мешочек
8 - картонная крышка
9 - битумная заливка


Такие элементы и батареи выпускаются на напряжения от единиц до сотен вольт и емкости от сотых долей до сотен ампер-часов. В зависимости от электрических показателей, назначения и конструкции каждый такой элемент или каждая такая батарея имеет соответствующее обозначение.
В начале обозначения дается начальное напряжение элемента (батареи), выраженное числом в вольтах.
Затем прописной русской буквой или сочетанием из прописных букв указывается назначение батареи (элемента): А - анодная; Н - накальная; П - приборная; Т - телефонная; Ф - фонарная; АН - анодно-накальная; АС - анодно-сеточная; РМ - репортерско-магнитофонная; СА - слуховая анодная; СН - слуховая накальная; ЭВ - электронная вспышка.
Далее без знака раздела следуют прописные буквы, характеризующие систему батареи (элемента): МЦ- марганцево-цинковая; ВМЦ- воздушно-марганцево-цинковая; МЦГ - марганцева-цинковая галетная; МЦЧ - марганцево-цинковая чашечная. После этого строчной буквой указывается температурна характеристика:
у - универсальная -50 +60 град.
х - хладостойкая -40 +60.
Отсутствие этих букв в обозначении означает, что батарея может работать в интервале -20 +60.
В конце обозначения дается либо начальная емкость, выраженная числом в ампер-часах, либо число и строчная буква "ч" (часы), показывающие продолжительность работы элемента или батареи при определенной для них нагрузке.
Строчная буква "п" (панельная) после обозначения емкости означает, что батарея имеет панельку с гнездами, к которым подключены ее выводы. Пример обозначения.
1,3-ФМЦ-0,25 (Сириус) - 1,3 В; фонарная; марганцево-цинковая; 0,25 ампер-часов.
1,6-ФМЦ-3,2 (Сатурн)
3,7-ФМЦ-0,5 прямоугольная для карманного фонаря
Крона-1 - 9 В; емкость 0,17 а*ч для переносных транзисторных РЭА
Крона-2 - 9 В; емкость 0,34 а*ч

Окисно-ртутный элемент заключен в стальной корпус, заполненной массой, смоченной щелочным электролитом. Корпус состоит из основания и крышки, разделенных резиновым кольцом (изоляционная и герметизирующая прокладка). Активная масса положительного (цинковый порошок) и отрицательного (окись ртути) электродов разделена пористой диафрагмой. Основание корпуса служит положительным, а крышка отрицательным электродами элемента.



Каждый такой элемент имеет начальное напряжение около 1,25 В. Они выпускаются на разные емкости. Их можно объединять в батареи, соединяя последовательно или параллельно.

Электрические показатели элементов и батарей.

Основными электрическими параметрами элемента или батареи являются начальное напряжение, номинальный ток и емкость.
Начальное напряжение марганцево-цинкового элемента независимо от его размеров составляет около 1,5 В, а окисно-ртутного около 1,25 В.
Номинальный ток, если он не указан в паспорте элемента, можно определить, разделив напряжение элемента на указанное в паспорте наименьшее для него сопротивление нагрузки. Например, при напряжении элемента 1,5 В и наименьшем сопротивлении нагрузки 10 Ом номинальный ток составит 0,15 А.
Емкость (запас электричества) элемента зависит в основном от его размеров. Она выражается в ампер-часах (a*ч), так как определяется путем умножения величины разрядного тока в амперах на время его работы в часах до наступления полного разряда элемента. По емкости элемента можно определить сколько часов он может работать. Если, например, емкость элемента равна 150 а.ч., а разрядный ток составляет 0,3 А, то этот элемент может работать примерно в течение 500 ч. При параллельном соединении элементов емкость складывается, но элементы д.б. с одинаковым напряжением.
Выбирая для питания РЭА элементы и батареи, необходимо знать их напряжение, емкость, номинальный разрядный ток (или наименьшее сопротивление нагрузки), срок сохранности (для МЦ 4-18 мес., для ОР 9-18 мес.) и дату выпуска. Рекомендуется выбирать элементы и батареи такой емкости, чтобы потребляемый от них ток составлял не более 50-60 проц. номинального разрядного тока. Гальванические элементы и батареи рекомендуется держать в сухом и прохладном месте.

Аккумуляторы.

Как и гальванические элементы, аккумуляторы относятся к химическим источникам тока со всеми присущими им электрическими параметрами. Однако, по сравнению с гальваническими элементами, аккумуляторы имеют ряд преимуществ.
Главное преимущество - больший срок их службы. После расходования запасенной в аккумуляторе электрической энергии его можно снова неоднократно заряжать от внешнего источника тока (аккумуляторы выдерживают до 500 циклов заряда-разряда). При правильном уходе аккумуляторы могут работать несколько лет. Кроме того, аккумуляторы обладают большим постоянством напряжения и способны отдавать более сильные разрядные токи.
Для питания электрооборудования различных устройств, а также для питания радиоустройств промышленность выпускает кислотные, щелочные и серебряно-цинковые аккумуляторы. Кроме того, для питания малогабаритных переносных радиоустройств на транзисторах выпускаются небольшие по размерам герметичные аккумуляторы.

Кислотный аккумулятор состоит из двух групп специально обработанных свинцовых пластин с решетчатыми прокладками (сепараторами) между ними из эбонита или фанеры. Они помещены в закрытый стеклянный, эбонитовый или пластмассовый сосуд с электролитом (водный раствор серной кислоты).
Аккумуляторы заряжают постоянным током, включая их последовательно с реостатом так, чтобы положительный зажим аккумулятора был соединен с положительным, а отрицательный с отрицательным полюсом источника, от которого он заряжается. Нормальный зарядный ток составляет примерно десятую часть номинальной емкости аккумулятора (например, аккумулятор емкостью 60а.ч заряжают током 6а). Зарядная емкость должна быть на 15-20 проц. больше номинальной емкости аккумулятора.
Номинальное напряжение кислотного аккумулятора (одного элемента) равно 2В. Напряжение в конце зарядки должно быть 2,6-2,8 В. Разряженный до 1,8 В аккумулятор необходимо снова зарядить.
В зависимости от назначения различают несколько типов кислотных аккумуляторов. Для питания стационарных устройств выпускались аккумуляторы С-1, СП-35 с емкостью 35 а.ч и больше.
Для питания радиоаппаратуры выпускались радионакальные РН и радиоанодные РА аккумуляторы РН-60 (напряжением 2В, емкость 60а.ч), 2РН-80 на 4В емкость 80а.ч, 3РН-110 на 6В емкость 110а.ч. 10РА-10 на 20В емкость 10а.ч.

Щелочной аккумулятор состоит из двух групп стальных (железных) никелированных рамок с активной массой, помещенных в стальной сосуд с электролитом (водный раствор едкого кали или едкого натра).
Нормальный зарядный ток щелочного аккумулятора составляет 0,15-0,25 его номинальной емкости. Номинальное напряжение аккумулятора (одного элемента) равно 1,25В. В конце зарядки напряжение 1,7-1,8В. При разряде до 1В аккумулятор необходимо заряжать.
Промышленность выпускает щелочные аккумуляторы двух видов: кадмиево-никелевые КН и железо-никелевые ЖН емкостью от 2,5 до 100а.ч. Оба вида аналогичны по размерам и основным электрическим характеристикам, но КН имеют меньшие внутреннее сопротивление (в 1,5-2 раза) и саморазряд (в 2-3 раза). Обозначение этих аккумуляторов состоит из:
32АКН-2,5
32 - количество последовательно соединенных элементов. Напряжение 32*1,25=39В. А - анодный; Н - накальный; Ф - фонарный.
КН - кадмиево-никелевый.
2,5 - емкость в а.ч.

По сравнению с кислотными, щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ. Они прочнее, легче по весу. не портятся от кратковременных коротких замыканий. Их можно заряжать и разряжать большим током т оставлять продолжительное время в разряженном состоянии. Кроме того, их легче обслуживать.

Серебряно-цинковый аккумулятор состоит из пластмассового сосуда и помещенных в него группы пластин из спрессованного порошка цинка с окисью цинка (отрицательный электрод) и группы пластин из чистого серебра (положительный электрод). Электролитом служит водный раствор едкого кали плотностью 1,4. Нормальный зарядный ток серебряно-цинкового аккумулятора принимается равным его емкости. Например, аккумулятор емкостью 5а.ч заряжают током 5а. Номинальное напряжение аккумулятора (одного элемента) равно 1,5В. В конце заряда оно доходит до 2,1В, а в конце разрядки падает до 1,45В. Эти аккумуляторы выдерживают большие зарядные и разрядные токи (в течение 15 мин можно зарядить такой аккумулятор до 80 проц. его номинальной емкость). Такие аккумуляторы выпускаются емкостью от 0,5 до 100а.ч. Они обозначаются 5СЦ-5 напряжение 7,5В серебряно-цинковый 5а.ч.

Герметичные аккумуляторы выпускаются для питания малогабаритных переносных радиоустройств на транзисторах. Наибольшее распространение получили кадмиево-никелевые дисковые аккумуляторы типа Д.

Дисковый аккумулятор заключен в неразборный стальной никелированный корпус, состоящий:
1 - крышка (отрицательный электрод, а под ней подпружинен сам отрицательный электрод).
2 - под отрицательным электродом пластина сепаратора.
3 - ниже сетка, в которой находится положительный электрод. Он соприкасается с корпусом.

Крышка и корпус разделены герметизирующей прокладкой. Номинальное напряжение аккумулятора равно 1,2В.
Напряжение в конце зарядки 1,3В, в в конце разрядки понижается до 1В.

Наряду с отдельными дисковыми аккумуляторами выпускаются и составленные из них аккумуляторные батареи: 6Д-0,07, 7Д-0,12, 2Д-0,2.
Также применяются цилиндрические никель-кадмиевые герметичные аккумуляторы 5ЦНК-0,2, 12ЦНК-0,85.