Elementos y baterías para transceptores, radios, equipos de comunicación y otros equipos de pequeño tamaño. Cadenas ferroviarias
Cadena ferroviaria (RC)- Se trata de un conjunto de líneas ferroviarias y equipos conectados a ellas al principio y al final.
Objeto del RC:
1) control de ocupación/espacio libre del camino;
2) monitorear la integridad de la vía férrea;
3) transferencia de información sobre las lecturas de los semáforos de vía al sistema ALS (señalización automática de locomotoras);
4) vinculación de lecturas entre semáforos en sistemas de código numérico AB (bloqueo automático).
La primera cadena ferroviaria se probó en Estados Unidos en 1872. Actualmente, existen más de 30 tipos (hay 800 tipos) de circuitos de vía.
La línea ferroviaria incluye: rieles, conectores a tope, juntas aislantes, transformadores de estrangulación de vía.
APK - equipo final de suministro;
ARK - equipo de extremo de relevo;
P - receptor de seguimiento;
NDP - dirección del movimiento del tren;
IS - juntas aislantes (isojuntas);
I T1, I T2 - corrientes de tracción;
I C - corriente de señal;
Cuando el circuito de vía (RC) está libre, la energía se suministra a través del equipo final de suministro (transformador de vía) a los rieles y se retira de los rieles a través del equipo final del relé y se suministra al relé de vía (receptor de vía). El relé está energizado.
Cuando se encuentra un par de ruedas, se produce un cortocircuito en la CC. En este caso, el relé en el extremo del relé está desactivado.
La energía en el circuito de vía se libera hacia el tren. La resistencia de un par de ruedas es menor o igual a 0,06 ohmios. Para controlar la libertad del RC, se utiliza una corriente de señal. En un DC, las corrientes de señal y de tracción deben diferir en frecuencia.
Clasificación de circuitos ferroviarios
1. Normalmente cerrado: se trata de RC en los que el receptor de vía, mientras el circuito de vía está libre e intacto, está bajo corriente (encendido).
2. DC normalmente abiertos: se utilizan solo en la centralización de jorobas, ya que no controlan la integridad de la vía férrea.
Según el tipo de corriente de señal, los circuitos de vía se dividen en:
a) con suministro de energía continuo;
b) fuente de alimentación por impulsos;
c) fuente de alimentación codificada (pulsos de una determinada longitud en un intervalo determinado).
Según la fuente de alimentación, los circuitos de vía son:
a) corriente alterna;
b) corriente continua.
Los circuitos de vía de CA pueden ser de frecuencia:
a) con tracción eléctrica AC: 25, 75 Hz;
b) con tracción eléctrica de corriente continua: 25, 50, 75 Hz;
c) corriente autónoma: 25, 50, 75 Hz;
d) Frecuencia del tono RC: > 300 Hz.
TD - motor de tracción;
KS - red de contactos;
RL - línea ferroviaria.
Según el paso de la corriente de tracción inversa, los circuitos de vía son:
a) dos hilos
DT - estrangulador-transformador;
Yo T = Yo T1 + Yo T2.
El transformador de estrangulación está diseñado para pasar corriente de tracción inversa sin pasar por las juntas aislantes.
b) monofilamento (utilizado en vías laterales)
Según el desarrollo del camino, los RC se distinguen:
No ramificado;
Ramificado.
Esquema de un DC ramificado
Los siguientes circuitos de vía se distinguen por el tipo de receptor de vía:
Con receptor de un solo elemento;
Con receptor de dos elementos.
PP - receptor de seguimiento;
GP - generador de pistas.
En un circuito de carril tonal, la línea se divide en secciones según la frecuencia del oscilador. Frecuencias: 420, 480, 520, 580, 720 Hz - 3.ª generación; 4500, 5000, 5500 Hz - 4ta generación. Frecuencia de modulación: 8 y 12 Hz.
Circuitos ferroviarios codificados
Se utilizan cuatro frecuencias portadoras y ocho grupos de sincronización. En lances de doble vía por la vía par f 2 y f 4, por la vía impar f 1 y f 3. Los SG (sincrogrupo) se repiten no más a menudo que después de 3 usados. En tramos de vía única se utilizan f 1 y f 3 o f 2 y f 4 (frecuencias).
Un circuito ferroviario es un circuito eléctrico cuyos conductores son los hilos ferroviarios de la vía. Los circuitos de vía son el elemento principal del bloqueo automático, la señalización automática de locomotoras, la centralización eléctrica de interruptores y señales, el control de despacho del movimiento de trenes, la señalización automática de cruces y otros sistemas.
El primer RC fue desarrollado en 1872 en Estados Unidos por Robinson. Ahora funciona bien. 90 tipos de RC. Desempeñan un papel fundamental en SZhAT, relacionado con la organización del tráfico ferroviario. Los RC son los elementos más dañados. Representan aprox. Tasa de fracaso del 50%.
Los RC realizan las siguientes funciones:
1. Seguimiento continuo de la disponibilidad u ocupación de vías de la estación, aparatos, tramos de estación y tramos de manzana del tramo.
2. Monitoreo de la integridad de las roscas del riel.
3. Comunicación continua entre semáforos.
4. Los RC son un canal de comunicación para transmitir lecturas de señales de piso a la locomotora.
Desventajas de DC: dependencia de la confiabilidad operativa del estado de la superestructura de la vía; dependencia de las condiciones climáticas.
Clasificación RC:
Según el diagrama de conexión eléctrica: normalmente cerrado y normalmente abierto.
Por tipo de relevo: Corriente continua, alterna (para todo tipo de tracción con separación de frecuencia de 25 o 75 Hz) y frecuencia de tono RC.
Por dieta: pulso, continuo, código.
Por tipo de receptor de pista: elemento único (reacciona solo al nivel de la señal), dos elementos (reacciona al nivel y fase).
8. Parámetros RC
Como circuito eléctrico, una línea ferroviaria se caracteriza por dos parámetros eléctricos principales llamados primario:resistencia eléctrica de las roscas del carril Y resistencia de aislamiento.
La resistencia eléctrica de las roscas de los rieles es de naturaleza activa-inductiva. zr=Ro+jwL=Re j φ . su valor está determinado en gran medida por el tipo de conector, por ejemplo, conectores enchufables de acero zr=1e j 56, acero soldado zr=0,8e j 56 ohmios/km, cobre zr=0,8e j 65 ,
La resistencia de aislamiento (o conductividad) (Ohm*km o 1/Ohm*km, respectivamente) depende del tipo de balastro, su contaminación, las condiciones climáticas y puede variar ampliamente. Al realizar el cálculo, se toman los valores estándar de resistencia de aislamiento para las líneas principales Z И =1 Ohm*km, para una red de transporte industrial Z И =0,5 Ohm*km, para los patios de joroba Z И =0,37 Ohm*km. Para materiales individuales: piedra triturada -Z I =0,5 Ohm*km, grava -Z I =0,66 Ohm*km, arena -Z I =1 Ohm*km.
Parámetros secundarios: impedancia de onda Zv=root2nd(Zp*Zi), coeficiente kilométrico. atenuación γ = raíz 2da (Zp/Zi).
9. Elementos RC
Un circuito de vía es un circuito eléctrico de un tipo especial, en el que los conductores de corriente utilizan los hilos de la vía férrea. Todos los circuitos de vía conocidos contienen una fuente de corriente de señal con una resistencia limitadora, una línea de vía y un receptor de vía, que en la mayoría de los tipos de circuitos de vía es un relé.
Una línea ferroviaria consta de enlaces ferroviarios conectados por placas metálicas atornilladas. Para reducir la magnitud de la resistencia a la transición de los revestimientos del riel y estabilizarla, los eslabones se conectan entre sí mediante conectores a tope. Los conectores se fabrican en forma de tapón de acero, soldados de acero y cobre. Los conectores enchufables de acero constan de dos cables galvanizados con un diámetro de 5 mm, soldados a tapones que se presionan en el orificio del riel. Los conectores soldados de acero están hechos de cable de acero con un diámetro de 6 mm, cuyos extremos están soldados en los puños a los extremos de los eslabones del riel. Los conectores soldados de cobre hechos de cable de cobre con una sección transversal de 70 mm 2 se prensan en puntas de acero, a través de las cuales se sueldan a los rieles. Los conectores enchufables de acero se utilizan en circuitos de vía de CC, los conectores soldados de acero se utilizan en circuitos de vía de CA y los conectores de cobre se utilizan en áreas con tracción eléctrica.
Las líneas ferroviarias de circuitos ferroviarios adyacentes están separadas por juntas aisladas. El aislamiento entre los hilos del carril de un circuito ferroviario es la resistencia del lastre de la subrasante y las traviesas.
En la mayoría de los circuitos de vía, la fuente de corriente y el receptor están conectados en diferentes extremos de la línea de vía, que se denominan extremos de suministro y relé del circuito de vía, respectivamente. El equipo de los extremos de alimentación y relés se puede ubicar en transformadores o cajas de relés, gabinetes de relés. En las estaciones, parte de los equipos se colocan en postes de centralización eléctrica y se conectan a la línea ferroviaria mediante cable, que se corta en cajas de transformadores o bastidores de cables.
información general
Los elementos y baterías del sistema mercurio-zinc están diseñados para alimentar equipos de radio y comunicaciones especiales de pequeño tamaño y también se utilizan en la medicina y la industria relojera.
Estructura de símbolo
RC-XX:
C - mayor seguridad. XRCXX:
X es un número que indica el número de elementos en la sección, entonces
nombre convencional de los elementos que integran la sección;
RC - sistema electroquímico mercurio-zinc;
X - número condicional del elemento (53, 63, 83, etc.): 1er dígito -
diámetro del elemento en el símbolo; 2do dígito - altura
elemento en el símbolo;
X - designaciones de letras: U - universal, X - resistente al frío,
C - mayor seguridad.
"Bor", "Action", "Priboy" son los nombres comerciales de las baterías.
Diseño climático de elementos UHL de categoría de colocación 2 según GOST 15150 - 69.
condiciones de uso
Altitud sobre el nivel del mar no más de 3000 m.
La humedad relativa del aire en condiciones fuera de funcionamiento no supera el 98% a una temperatura de 25°C sin condensación de humedad.
Los rangos de temperatura para el funcionamiento de los elementos se dan en la tabla. 1.
Tabla 1
| tipo de producto | Rango de temperatura de funcionamiento, ° C |
| Elementos: RC15, RC32, RC53, RC55, RC57, RC63, RC65, RC83, RC85, RC73, RC75, RC93, RC93S | |
| De –5 a 40 |
|
| RC53U, RC83X | De –40 a 50 |
| Baterías: 2401, 2402, 2403,3601, 3602 | De –10 a 40 |
| Priboy-2S, Priboy-2K | De –10 a 50 |
| Promoción, Bor |
Para evitar la explosión de elementos, no se permite que estén a una temperatura ambiente superior a 50°C.
Las baterías cumplen con los requisitos de seguridad de GOST 12.2.007.0 - 75 y GOST 12.2.007.12 - 88.) TU 16-87 ILEV 563122.018 TU 16-87 ILEV 563122.018-01;
TU 16-87 ILEV 563122.018-02; TU 16-87 ILEV 563122.018-03;
TU 16-87 ILEV 563122.018-04;TU 16-87 ILEV 563122.018-05;
TU 16-87 ILEV 563122.019;TU 16-87 ILEV 563122.018-06;
TU 16-87 ILEV 563122.018-07;TU 16-529.616-87;TU 16-729.082-77;
TU 16-529.450-79;ILEV 563.122.014 TU;FSHO.351.934 TU;FShZ.513088-03 TU;
FShO.351.920 TU;TU 16-529.293-77;FShZ.503.109 TU;FShZ.503.096 TU;
FShZ.503.104 TU;TU 16-729.083 TU;TU 16-729.089 TU;TU 16-529.295-77;
TU 16-529.797-73;TU 16-529.308-77;TU 16-529.310-77;TU 16-529.937-75
Las características eléctricas de los elementos se establecen mediante descarga a través de un circuito externo en las condiciones previstas por GOST o TU.
La metodología de prueba se establece en GOST 3004 - 75. Las principales características técnicas de los elementos se dan en la tabla. 2 y 3.
Tabla 2
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE ELEMENTOS DE MERCURIO-ZINC,
SECCIONES Y BATERÍAS EN MODO DE DESCARGA CONTINUA
| tipo de producto | Tensión nominal, V | Capacidad, ah | Tensión inicial, V | Duración de la operación, h, a temperatura, ° C | Resistencia del circuito externo, ohmios | Tensión final, V, a temperatura, ° C | Vida útil garantizada, meses. | ||
| de 20 a 50 | de 0 a 2 | de 20 a 50 | de 0 a 2 | ||||||
| Elementos: RC53 RC63 RC83 RC85 RC15 RC17 RC32 RC53U RC55 RC57 RC65 RC73 RC75 RC82 RC83X RC93 RC93S | 1,35 | 0,3 0,65 1,8 2,8 0,03 0,1 0,1 0,175 0,55 0,85 1,1 1,1 1,8 1,5 1,5 13,6 12,4 | 1,25 1,25 1,25 1,22 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,22 1,25 1,22 1,25 1,25 1,25 1,25 | 29 33 38 60 100 20 30 35 54 42 55 38 60 35 30 44 40 | 10 16 16 15 16 | 120 60 25 25 4200 250 625 250 120 50 60 40 40 25 25 4 4 | 1,0 | 0,9 | 18 24 24 36 24 31 9 60 36 18 36 24 36 24 18 36 63 |
| Secciones y baterías: 2РЦ53–10РЦ53 2РЦ55–10РЦ55 2РЦ63–10РЦ63 2РЦ65–10РЦ65 2РЦ75–10РЦ75 2РЦ83–10РЦ83 2РЦ85–10РЦ85 2РЦ73–10РЦ73 | 2,7 ? 13,5 | 0,25 0,5 0,552 1,0 1,5 1,5 2,5 1,0 | 2,5 ? 12,5 2,44 ? 12,2 2,5 ? 12,5 2,44 ? 12,2 2,44 ? 12,2 2,5 ? 12,5 2,44 ? 12,2 2,5 ? 12,5 | 24 48 32 50 55 32 54 33 | – | 240 ? 1200 240 ? 1200 120 ? 600 120 ? 600 80 ? 400 50 ? 250 50 ? 250 80 ? 400 | – | – | 15 24 18 24 24 18 24 18 |
| 4RTs57 5РЦ53У 7RTs53U 5РЦ83Х 6РЦ83Х 9РЦ83Х | 5,4 6,75 9,45 6,75 8,1 12,15 | 0,54 0,03 0,1 1,5 1,5 1,5 | 5,0 6,25 8,75 6,25 6,75 11,25 | 40 140 | – | 50 6250 14580 | 4,0 5,0 7,0 5,0 6,0 9,0 | – | 12 60 54 9 9 9 |
| 2401 2402 2403 | 2,7 | 0,2 0,2 0,3 | 2,5 | 20 20 20 | – | 500 240 170 | 2,0 | – | 30 30 30 |
| 3601 3602 | 4,05 | 0,2 0,2 | 3,75 | 20 20 | – | 750 450 | 3,0 | – | 30 30 |
| Bor (6RTs63) | 8,04 | 0,02 | 7,5 | 27 6 | 13 5 | 360 120 | 5,4 | 12 | |
| Priboy-2s Surf-2k | 10,8 10,8 | 1,98 1,98 | 9,0 9,0 | 14 14 | – | 80 80 | – | – | 30 18 |
| Promoción 6РЦ63-2/2-01/ 6РЦ53/2-03/ 12РЦ63-6/2-02/ 3RTs93 | 8,1 8,1 8,1 16,2 4,05 | 0,2 1,0 0,19 0,18 8,8 | 7,5 6,5 7,0 15,5 3,75 | 27 8 8 18 | – | 360 63 330 150 | 5,4 5,0 6,0 12,0 3,0 | – | 15 9 9 9 20 |
Tabla 3
| tipo de producto | Dimensiones máximas, mm | Peso, kilogramos | GOST, TU | ||
| longitud o diámetro | altura | ||||
| Elementos: RC53 RC55 RC63 RC65 RC73 RC75 RC82 RC83 RC85 RC15 RC17 RC32 RC53U RC57 RC83X RC93 RC93S | 15,6 15,6 21 21 25,5 25,5 30,1 30,1 30,1 6,3 5,5 10,9 15,6 16,6 30,1 30,6 30,6 | 6,3 12,5 7,4 13 8,4 13,5 9,4 9,4 14 6 24,5 3,6 6,3 17,8 9,4 60,8 60,8 | 0,0046 0,0095 0,011 0,018 0,017 0,027 0,03 0,028 0,039 0,00085 0,0024 0,0014 0,0046 0,017 0,0253 0,17 0,17 | TU 16–87, ILEV 563122.018 |
|
| Secciones y baterías: 2РЦ53–10РЦ53 2РЦ55–10РЦ55 2РЦ63–10РЦ63 2РЦ65–10РЦ65 2РЦ73–10РЦ73 2РЦ75–10РЦ75 2РЦ83–10РЦ83 2РЦ85–10РЦ85 | 16,2 16,2 21,6 21,6 26,1 26,1 30,7 30,7 | 16–72 28–132 18–81 29–137 20–91 30–142 22–101 31–147 | 0,01–0,05 0,02–0,1 0,02–0,113 0,037–0,183 0,036–0,176 0,056–0,28 0,057–0,28 0,084–0,42 | TU 16-529.293–77 |
|
| 4RTs57 5РЦ53У 7RTs53U 5РЦ83Х 6РЦ83Х 9РЦ83Х | 18,9 19 17 30,7 30,7 30,7 | 73 40 53,5 52 62 91 | 0,085 0,037 0,05 0,142 0,171 0,256 | FShZ.503.109 TU |
|
| 2401 2402 2403 | 26 26 26 | 14,5 24,5 34,5 | 0,007 0,0125 0,0177 | TU 16-729.083 TU TU 16-729.089 TU |
|
| 3601 3602 | 6,2 26 | 80 35 | 0,0106 0,0177 |
||
| Bor | 24,5 | 53,5 | 0,075 | TU 16-529.295–77 |
|
| Priboy-2s Surf-2k | 137,5 | 25,5 | 0,5 | TU 16-529.797–73 |
|
| Promoción 6RTs63-2(2-01) 6РЦ53(2-03) 12RTs63-6(2-02) 3RTs93 | 24,2 89,2 34 71 30,5 | 24,8 | 60 29,5 26,5 105 188 | 0,082 0,145 0,04 0,93 0,55 | Del desarrollador |
Todos los elementos de mercurio-zinc, excepto los elementos RC17, RC57 y RC93, tienen forma de disco con una relación altura-diámetro inferior a uno. El cuerpo y la tapa del elemento (ver figura) están hechos de acero y sirven al mismo tiempo como conductores de corriente, que están separados por un anillo de sellado. El diafragma es de papel resistente a los álcalis impregnado con electrolito. El diseño de los elementos del disco permite conectarlos simplemente en secciones y baterías.
Elemento mercurio-zinc
1 - tapa;
2 - electrodo negativo;
3 - anillo de goma;
4 - diafragma de papel impregnado de electrolito;
5 - separador;
6 - electrodo positivo;
7 - cuerpo
La sección consta de elementos conectados en serie, separados entre sí por una arandela de papel, a través de la cual pasa una cinta de níquel que conecta elementos adyacentes. La sección se coloca en un tubo.
Los elementos RC17, RC57 y RC93 son cilíndricos; El electrodo negativo en ellos está moldeado en forma de briqueta cilíndrica de aserrín de zinc, el electrodo positivo en forma de anillo de óxido de mercurio y grafito. Los elementos tienen doble cuerpo y tapa. La carcasa exterior se enrolla sobre la tapa a través de un anillo aislante.
Los electrodos están separados por diafragmas de celofán (en forma de copa) y de papel.
Las fuentes de corriente galvánica desechables son un recipiente unificado que contiene un electrolito absorbido por el material activo del separador y electrodos (ánodo y cátodo), por lo que se denominan celdas secas. Este término se utiliza para referirse a todas las celdas que no contienen un electrolito líquido. Las pilas secas comunes incluyen las pilas de zinc-carbono o Leclanche.
Las pilas secas se utilizan con corrientes bajas y modos de funcionamiento intermitentes. Por tanto, este tipo de elementos son muy utilizados en teléfonos, juguetes, sistemas de alarma, etc.
Dado que la gama de dispositivos que utilizan elementos secos es muy amplia y, además, requieren sustitución periódica, existen estándares para sus dimensiones. Cabe destacar que las dimensiones de los elementos indicados en las tablas 1.1 y 1.2 producidos por diferentes fabricantes pueden diferir ligeramente en cuanto a la ubicación de los pasadores y otras características especificadas en sus especificaciones.
Durante el proceso de descarga, el voltaje de las celdas secas cae desde el voltaje nominal hasta el voltaje de corte (el voltaje de corte es el voltaje mínimo al que la batería es capaz de entregar la energía mínima), es decir normalmente de 1,2 V a 0,8 V/celda según la aplicación. En caso de descarga, cuando se conecta a un elemento de resistencia constante después de cerrar el circuito, el voltaje en sus terminales disminuye bruscamente hasta un cierto valor, ligeramente menor que el voltaje original. La corriente que fluye en este caso se llama corriente de descarga inicial.
La funcionalidad de una celda seca depende del consumo de corriente, el voltaje de corte y las condiciones de descarga. La eficiencia del elemento aumenta a medida que disminuye la corriente de descarga. Para las celdas secas, la descarga continua durante menos de 24 horas se puede clasificar como descarga de alta velocidad.
La capacidad eléctrica de una celda seca se especifica para descarga a través de una resistencia fija a un voltaje final determinado en horas dependiendo de la descarga inicial y se presenta en un gráfico o tabla. Es recomendable utilizar el cuadro o tabla del fabricante para una batería específica. Esto se debe no sólo a la necesidad de tener en cuenta las características del producto, sino también a que cada fabricante da sus propias recomendaciones sobre el mejor uso de sus productos. Las Tablas 1.3 y 1.5 presentan las características técnicas de las celdas galvánicas que últimamente son más habituales en los lineales de nuestras tiendas.
La resistencia interna de la batería puede limitar la corriente requerida, por ejemplo cuando se usa en un flash fotográfico. La corriente estable inicial que una batería puede suministrar durante un corto período de tiempo se llama corriente flash. La designación del tipo de elemento contiene designaciones de letras que corresponden a las corrientes de destello y la resistencia interna del elemento, medidas en corriente continua y alterna (tabla 1.4). La corriente de flash y la resistencia interna son muy difíciles de medir y las células pueden tener una vida útil prolongada, pero la corriente de flash puede disminuir.
1.1. TIPOS DE CÉLULAS GALVÁNICAS
Elementos de carbono-zinc
Los elementos carbono-zinc (manganeso-zinc) son los elementos secos más comunes. Las celdas de carbono-zinc utilizan un colector de corriente pasivo (carbono) en contacto con un ánodo de dióxido de manganeso (MnO2), un electrolito de cloruro de amonio y un cátodo de zinc. El electrolito se encuentra en forma de pasta o impregna la membrana porosa. Un electrolito de este tipo es ligeramente móvil y no se propaga, por lo que los elementos se denominan secos.
La tensión nominal de la celda de carbono-zinc es de 1,5 V.
Los elementos secos pueden tener forma cilíndrica, Fig. 1.1, forma de disco, Fig. 1.2, y forma rectangular. El diseño de los elementos rectangulares es similar al de los discos. El ánodo de zinc tiene forma de vidrio cilíndrico, que también es un recipiente. Los elementos del disco constan de una placa de zinc, un diafragma de cartón impregnado con una solución electrolítica y una capa comprimida del electrodo positivo. Los elementos del disco se conectan en serie entre sí, la batería resultante se aísla y se empaqueta en una caja.
Los elementos de carbón y zinc se “restablecen” durante una pausa en el funcionamiento. Este fenómeno se debe a la alineación gradual de las heterogeneidades locales en la composición del electrolito que surgen durante el proceso de descarga. Como resultado del "descanso" periódico, se prolonga la vida útil del elemento.
En la figura. La Figura 1.3 es un diagrama tridimensional que muestra el aumento en el tiempo de funcionamiento del elemento D cuando se utiliza el funcionamiento intermitente en comparación con el funcionamiento constante. Esto debe tenerse en cuenta cuando se utilizan los elementos de forma intensiva (y se utilizan varios juegos para trabajar, de modo que un juego tenga un período de tiempo suficiente para restaurar la funcionalidad. Por ejemplo, cuando se utiliza un reproductor, no se recomienda utilizar un juego de baterías durante más de dos horas seguidas Al cambiar dos juegos, los elementos del tiempo de funcionamiento se triplican.
La ventaja de los elementos de carbono-zinc es su coste relativamente bajo. Las desventajas importantes incluyen una disminución significativa del voltaje durante la descarga, una baja densidad de potencia (5...10 W/kg) y una corta vida útil.
Las bajas temperaturas reducen la eficiencia del uso de celdas galvánicas y el calentamiento interno de la batería la aumenta. El efecto de la temperatura sobre la capacitancia de una celda galvánica se muestra en la figura. 1.4. Un aumento de temperatura provoca la corrosión química del electrodo de zinc por el agua contenida en el electrolito y el secado del electrolito. Estos factores pueden compensarse en cierta medida manteniendo la batería a una temperatura elevada e introduciendo una solución salina en la celda a través de un orificio prefabricado.
elementos alcalinos
Al igual que las pilas de carbono y zinc, las pilas alcalinas utilizan un ánodo de MnO2 y un cátodo de zinc con un electrolito separado.
La diferencia entre pilas alcalinas y pilas de carbono-zinc es el uso de un electrolito alcalino, por lo que prácticamente no hay emisión de gases durante la descarga y se pueden sellar herméticamente, lo cual es muy importante para varias de sus aplicaciones. .
El voltaje de las pilas alcalinas es aproximadamente 0,1 V menor que el de las pilas de carbono-zinc en las mismas condiciones. Por tanto, estos elementos son intercambiables.
El voltaje de las pilas con electrolito alcalino cambia mucho menos que el de las pilas con electrolito salino. Las pilas con electrolito alcalino también tienen mayor energía específica (65...90 Wh/kg), potencia específica (100...150 kWh/m3) y una vida útil más larga.
La carga de pilas y baterías de manganeso-zinc se realiza mediante corriente alterna asimétrica. Puede cargar las celdas con electrolito salino o alcalino de cualquier concentración, pero no demasiado descargado y sin dañar los electrodos de zinc. Dentro de la fecha de caducidad establecida para un determinado tipo de celda o batería, es posible restaurar la funcionalidad varias veces (6...8 veces).
La carga de baterías y elementos secos se realiza desde un dispositivo especial que permite obtener una corriente de carga de la forma requerida: con una relación de componentes de carga y descarga de 10:1 y una relación de duración de pulso de estos componentes de 1: 2. Este dispositivo le permite cargar pilas de reloj y activar pilas pequeñas viejas. Al cargar pilas de reloj, la corriente de carga no debe exceder los 2 mA. El tiempo de carga no supera las 5 horas. El diagrama de dicho dispositivo para cargar baterías se muestra en la Fig. 1.5.
Aquí, la batería que se está cargando está conectada a través de dos cadenas de diodos con resistencias conectadas en paralelo. Una corriente de carga asimétrica resulta de diferencias en las resistencias de las resistencias. El final de la carga está determinado por el cese del aumento de voltaje en la batería. El voltaje del devanado secundario del transformador del cargador se selecciona de modo que el voltaje de salida exceda el voltaje nominal del elemento en un 50...60%.
El tiempo de carga de la batería con el dispositivo descrito debería ser de aproximadamente 12...16 horas. La capacidad de carga debe ser aproximadamente un 50 % mayor que la capacidad nominal de la batería.
elementos de mercurio
Los elementos de mercurio son muy similares a los elementos alcalinos. Utilizan óxido de mercurio (HgO). El cátodo consta de una mezcla de polvo de zinc y mercurio. El ánodo y el cátodo están separados por un separador y un diafragma impregnado con una solución alcalina al 40%.
Estos artículos tienen una vida útil más larga y mayores capacidades (para el mismo volumen). El voltaje de una pila de mercurio es aproximadamente 0,15 V menor que el de una pila alcalina.
Los elementos de mercurio se caracterizan por una alta energía específica (90...120 Wh/kg, 300...400 kWh/m3), estabilidad de voltaje y alta resistencia mecánica.
Para dispositivos de pequeño tamaño, se han creado elementos modernizados de los tipos RC-31S, RC-33S y RC-55US. La energía específica de los elementos RC-31S y RC-55US es de 600 kWh/m3, la de los elementos RC-33S es de 700 kWh/m3. Los elementos RC-31S y RC-33S se utilizan para alimentar relojes y otros equipos. Los elementos RC-55US están destinados a equipos médicos, en particular a dispositivos médicos implantables.
Los elementos RC-31S y RC-33S funcionan durante 1,5 años a corrientes de 10 y 18 µA, respectivamente, y el elemento RC-55US garantiza el funcionamiento de los dispositivos médicos implantados durante 5 años. Como se desprende de la Tabla 1.6, la capacidad nominal de estos elementos no corresponde a su designación.
Los elementos de mercurio funcionan en el rango de temperatura de 0 a +50 °C; hay elementos resistentes al frío RC-83X y RC-85U y elementos resistentes al calor RC-82T y RC-84, que son capaces de funcionar a temperaturas de hasta +70 °C. . Hay modificaciones de los elementos en las que se utilizan aleaciones de indio y titanio en lugar de polvo de zinc (electrodo negativo).
Debido a que el mercurio es escaso y tóxico, las células de mercurio no deben desecharse una vez que se hayan utilizado por completo. Deben ser reciclados.
Elementos de plata
Tienen cátodos “de plata” hechos de Ag2O y AgO. Su voltaje es 0,2 V mayor que el de los de carbono-zinc en condiciones comparables.
Celdas de litio
Utilizan ánodos de litio, un electrolito orgánico y cátodos de diversos materiales. Tienen una vida útil muy larga, altas densidades de energía y funcionan en un amplio rango de temperaturas, ya que no contienen agua.
Dado que el litio tiene el potencial negativo más alto en relación con todos los metales, las celdas de litio se caracterizan por tener el voltaje nominal más alto con dimensiones mínimas (Fig. 1.6). Las características técnicas de las celdas galvánicas de litio se dan en la Tabla 1.7.
Los compuestos orgánicos se suelen utilizar como disolventes en dichos elementos. Los disolventes también pueden ser compuestos inorgánicos, por ejemplo SOCl2, que también son sustancias reactivas.
La conductividad iónica se garantiza introduciendo sales con aniones grandes en disolventes, por ejemplo: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. La conductividad eléctrica específica de las soluciones de electrolitos no acuosas es 1...2 órdenes de magnitud menor que la conductividad de las soluciones acuosas. Además, los procesos catódicos en ellos suelen ser lentos, por lo que en celdas con electrolitos no acuosos las densidades de corriente son bajas.
Las desventajas de las pilas de litio incluyen su coste relativamente elevado, debido al elevado precio del litio y a los requisitos especiales para su producción (necesidad de una atmósfera inerte, purificación de disolventes no acuosos). También hay que tener en cuenta que algunas pilas de litio son explosivas si se abren.
Dichos elementos generalmente se fabrican con un diseño de botón pulsador con un voltaje de 1,5 V y 3 V. Proporcionan energía a circuitos con un consumo de aproximadamente 30 μA en modo constante o 100 μA en modo intermitente. Las celdas de litio se utilizan ampliamente en fuentes de alimentación de respaldo para circuitos de memoria, instrumentos de medición y otros sistemas de alta tecnología.
CAPÍTULO 1.2 BATERÍAS DE EMPRESAS LÍDERES DEL MUNDO
En las últimas décadas, ha aumentado el volumen de producción de análogos alcalinos de los elementos Leclanche, incluidos los elementos zinc-aire (ver Tabla B1).
Por ejemplo, en Europa la producción de elementos alcalinos de manganeso y zinc comenzó a desarrollarse en 1980 y en 1983 ya alcanzaba el 15% de la producción total.
El uso de electrolito libre limita las posibilidades de uso de autónomos y se utiliza principalmente en HIT estacionario. Por ello, numerosos estudios tienen como objetivo crear las llamadas pilas secas, o pilas con electrolito espesado, libres de elementos como el mercurio y el cadmio, que suponen graves peligros para la salud humana y el medio ambiente.
Esta tendencia es consecuencia de las ventajas de los productos químicos alcalinos en comparación con los elementos salinos clásicos:
un aumento significativo en las densidades de corriente de descarga debido al uso de un ánodo pegado;
aumentar la capacidad de los equipos de calentamiento químico debido a la posibilidad de aumentar la carga de masas activas;
creación de composiciones de aire de zinc (elementos del tipo 6F22) debido a la mayor actividad de los materiales catódicos existentes en la reacción de electrorreducción del dioxígeno en un electrolito alcalino.
Pilas de Duracell (EE.UU.)
Duracell es un líder reconocido a nivel mundial en la producción de fuentes galvánicas alcalinas desechables. La historia de la empresa se remonta a más de 40 años.
La propia empresa está ubicada en los Estados Unidos de América. En Europa, sus fábricas están ubicadas en Bélgica. Según los consumidores nacionales y extranjeros, las pilas Duracell ocupan una posición de liderazgo en popularidad, duración de uso y relación calidad-precio.
La aparición de Duracell en el mercado ucraniano atrajo la atención de nuestros consumidores.
Las densidades de corriente de descarga en las fuentes de litio no son altas (en comparación con otros HIT), del orden de 1 mA/cm2 (consulte la página 14). Con una vida útil garantizada de 10 años y una baja descarga de corriente, es racional utilizar celdas de litio Duracell en sistemas de alta tecnología.
La tecnología EXRA-POWER, patentada en EE. UU., que utiliza dióxido de titanio (TiO2) y otras características tecnológicas ayuda a aumentar la potencia y la eficiencia de los reactores químicos de manganeso y zinc Duracell.
Dentro del cuerpo de acero de las pilas alcalinas Duracell hay un colector de grafito cilíndrico que mantiene un electrolito pastoso en contacto con un cátodo de aguja.
La vida útil garantizada de los elementos es de 5 años, y al mismo tiempo se garantiza la capacidad del elemento indicada en el embalaje al final de la vida útil.
Las características técnicas de Duracell HIT se dan en la Tabla 1.8.
Baterías del consorcio Varta (Alemania)
El consorcio Varta es uno de los líderes mundiales en la producción de HIT. Las 25 fábricas del consorcio están ubicadas en más de 100 países y producen más de 1.000 tipos de baterías.
Las principales instalaciones de producción están ocupadas por el Departamento de Baterías Industriales Estacionarias. Sin embargo, en las fábricas del consorcio el departamento de baterías para instrumentos de EE.UU., Italia, Japón, República Checa, etc. produce alrededor de 600 tipos de pilas voltaicas, desde pilas de reloj hasta pilas selladas, con garantía de calidad constante independientemente de la zona geográfica. ubicación de la planta. La cámara fotográfica del primer hombre que pisó la Luna funcionaba con pilas Varta.
Son bastante conocidos por nuestros consumidores y tienen una demanda constante.
Las características técnicas del HIT de la empresa Varta, indicando sus análogos nacionales, se dan en la Tabla 1.9.
