直升机是一种由一个或多个水平旋转的旋翼提供向上升力和推进力而进行飞行的航空器。直升机具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。这些特点使得直升机在很多场合大显身手。本文主要讨论直升机电源系统。
1 直流电源系统组成
直流电源系统主要包括:机上蓄电瓶系统、外电源系统、联动供电系统。
1.1 机上蓄电瓶系统的组成:
蓄电瓶、转换继电器、蓄电瓶开关、电瓶超温/过热传感器和有关的线路等
1.2 功用:
飞机的辅助电源, 当发电机发生故障不能供电时, 由蓄电瓶向必要的负载供电
1.3 蓄电瓶系统:
Bell直升机上使用的电瓶是一种透气式、24V、13A/H的镍-镉碱性电瓶
由美国子柱松公司生产。牌号为:27662-21。
(1) 蓄电瓶的性能数据。
(1) 由19个10H20单元体电池串联组成。
(2) 额定电压:24V DC (1.3×19=24.7V) 。
(3) 最大放电电流:350A~450A。
(4) 额定电流:13A/H, 6.5A/2H。
(5) 额定容量:13AH (5小时放电率) 。
(2) 碱性蓄电瓶的有关知识介绍。
碱性蓄电瓶又称碱性电解质电瓶, 它以碱性物质作电解液, 工作过程中电解质不消耗仅完成导电作用。
碱性蓄电瓶由于极板活性物质不同可分为:铁-镍电瓶、镍-镉电瓶、银-锌电瓶等。
1.3.1 镍-镉电瓶的组成及功用
组成:它是由氢氧化镍 (Ni (OH) 3) 为正极, 氢氧化镉 (Cd) 为负极, 氢氧化钾 (KOH) 的水溶液为导电液的碱性电瓶。
功用:用于发电机电源故障后提供备份电源 (或称紧急电源) 。
1.3.2 镍-镉电瓶的特点 (容量特点)
(1) 新电瓶在开始使用时的容量并不大, 经过若干次充放电循环后, 其容量将显著增加, 甚至超过标准容量40%;在继续使用一个时期后, 其容量才逐渐减退到标准容量;再后, 其容量将随着充放电次数的增加而逐渐减小。
(2) 放电平均电压低于酸性电瓶。为了得到与酸性电瓶相同的电压值, 需要串联的电池组要多。
(3) 在电解液中加入一定比例的氢氧化锂, 可以使容量维持较长时间。甚至充放电次数在500次循环后, 容量仍无减退。
(4) 用高放电率放电, 容量显著减退。如用2H以上放电率放电时, 容量仍能保持在95%以上, 变化不大;但若放电率在2H以下时, 容量显著减小。但总的说来, 碱性电瓶容量受放电率的影响比酸铅电瓶要小。
(5) 电解液中的二氧化碳越多, 容量越小。若将电解液更换或再作处理后, 其容量可以恢复。
(6) 自放电小。镍-镉电瓶在充好电后, 自放电是先快后慢, 经过60~70个昼夜后, 自放电基本停止。即使是长期存放, 自放电的容量损失不会超过15%。
(7) 碱性电瓶维护方便、使用寿命长。在正常使用条件下, 可工作2000个充放电循环。如维护使用得当则使用寿命更长。
(8) 体积小、机械强度高、工作电压稳定、便于携带等。
缺点:由于制作要求高, 造成选材困难, 价格昂贵。
2 镍-镉电瓶的基本工作原理
由于镍和镉都是化学特性很活泼的物质, 它们在氢氧化钾的溶液中很容易分解和化合。这就体现了它的性质。
(1) 放电原理。
放电时, 电流的方向与电动势的方向一致。由于放电电流的流通, 正、负极板上的活性物质分别同电解液中的钾离子和氢氧根离子起化学反应, 把化学能转化为电能储存起来。
具体的放电情况如下。
在负极板上, 镉失去两个电子并同氢氧根离子化合, 生成氢氧化镉。其反应式为:
Cd+2OH-1——2e…Cd (OH)
在正极板上, 氢氧化镍得到两个电子并同钾离子 (K+) 化合, 生成氢氧化亚镍和氢氧化钾。
其反应式为:
2Ni (OH) 2+2K+2e——2Ni (OH) 2+2KOH
把上述两个反应方程合并, 便得到了放电时总的反应方程式:
2Ni (OH) 2+2KOH+Cd→Ni (OH) 2+2KOH+Cd (OH) 2+电
把放电原理总结如下。
镍-镉电瓶放电时, 负极板的活性物质镉转化为氢氧化镉, 正极板的活性物质氢氧化镍转化为氢氧化亚镍, 而电解液中的氢氧化钾并无消耗。因为负极板附近消耗的氢氧化钾恰好由正极附近生成的氢氧化钾所补充。
(2) 充电原理。
充电时, 在外加电压作用下, 流入电池的电流方向与放电时的电流方向相反。在极板上引起同放电时相反的化学反应。因而把电能转化为化学能储存起来。
具体情况如下。
在负极板上, 氢氧化镉得到两个电子并和钾离子起化学反应, 生成镉和氢氧化钾。
其反应式为:
C d (O H) 2+2 K+2 e→C d+2 K O H
在正极板上, 氢氧化亚镍失去两个电子并和氢氧根离子化合生成氢氧化镍。
其反应式为:
2Ni (OH) 2+2OH-2e——2Ni (OH) 3
把上述两个反应式合并, 便可得到充电时总的反应方程式。
2 N i (O H) 2+2 K O H+C d (O H) 2+电能→2 N i (O H) 3+2 K O H+C d
把上述情况总结一下如下。
镍镉电瓶充电时, 负极恢复为镉, 正极恢复为氢氧化镍, 电解液中的氢氧化钾没有消耗。
(3) 现在, 我们把充电和放电时的化学
反应方程式对比一下, 可以写成如下综合表达式:
2 N i (O H) 3+2 K O H+C d<==>2 N i (O H) 2+2KOH+C d (O H) 2+电能
根据这个反应方程式, 可以得到如下结论。
(1) 放电时, 蓄电瓶把化学能转化为电能储存起来。
(2) 充电时, 蓄电瓶把电能转化为化学能储存起来。
(3) 在充放电过程中, 电解液的平均密度保持不变。
(4) 影响镍镉电瓶容量的主要因素。
(1) 活性物质的数量。
碱性电瓶的容量决定于各个电池极板上活性物质的数量, 活性物质数量的多少决定于极板的几何形状、极板厚度、加工工艺等。它们受电池的设计制造所限制。
(2) 放电电流对容量的影响。
放电电流大, 容量下降快。尤其是超过小时率电流放电, 其容量下降显著。
(3) 温度对容量的影响。
碱性电瓶的容量虽然没有酸铅电瓶受温度影响那么显著, 但也同样要随电解液温度的降低而降低。究其原因是在低温条件下, 电极的化学特性变的不活泼, 使电极与电解液的电离作用减慢而造成容量下降;当温度较高时, 电极与电解液的电化作用增大, 从而使电瓶容量增大。当温度过高时, 容易引起负电极的迅速溶解, 并且可能和正电极发生化学作用, 导致充电不能恢复, 从而造成容量下降。通常, 蓄电瓶都规定有最佳充放电温度。一般以室温为宜约20℃, 最高不超过40℃。
3 关于蓄电瓶的有关问题
(1) 镍镉电瓶的电解液的作用、配制比例、比重问题。
作用:在电池正负极板之间起输送离子的作用。
配制比例:氢氧化钾30%;蒸馏水70%。
比重:1.24~1.32之间。
(2) 电解液的高度、高度的确定、填加电解液的要求。
在通常情况下, 测定液面的高度应在充电结束后2h~4h进行。其高度应高出极板衬垫约1/8英寸 (约合3mm) 。电解液的高度不能过高或过低, 在充放电状态下不能加水。
(3) 镍镉电瓶单格标准电压、充满电时单格电压、单格开路电压。
单格标准电压:1.2V~1.3V。
充满电时单格电压:不低于1.55V、不超过1.75V。如低于1.55V说明该电池极板不能恢复需要更换;而高于1.75V说明电解液高度太低, 甚至干涸。必经修理 (处理) 后方能使用。
单格开路电压:子拉松系列镍镉电瓶单格开路电压定为1.28V, 通常在1.28V~1.35V之间。开路电压不能在充电状态下测量。
(4)
27662-21电瓶按规定的单格电压值计算开路电压为24.3V, 而我们通常测量加载时电压不低于24VDC。
(5) 为什么不能用测量电解液浓度的方法鉴别镍镉电瓶所储存的点电量?
铅酸电瓶用电解液密度的大小来判断电瓶放电程度和放电终了的标志。因为铅酸电瓶.在放电过程中, 铅离子与溶液中的硫酸根离子化合使电解液中的硫酸分子不断的减少, 水分子相应增加, 因此电解液的浓度逐渐下降。浓度下降就反应了电瓶的放电程度。
镍镉电瓶的电解液氢氧化钾溶液在充放电过程中, 只是起传导作用和介质作用, 电解液的成分不变, 其浓度变化很小。所以不能用测量电解液浓度的方法来鉴别镍镉蓄电瓶所储存的电能。
(6) 把镍镉点电瓶与铅酸电瓶的工作场所隔离的原因。
两种电瓶工作场所隔离开来, 所用工具和材料禁止混用的原因是:由于镍镉电瓶的电解液是氢氧化钾和水的溶液, 在化学特性上呈碱性;而铅酸电瓶的电解液是硫酸和水的溶液, 在化学特性上呈酸性。若将两种电瓶相接触, 将导致电瓶隔离物质和极板损坏, 从而使电瓶完全失效而不能放电。
(7) 防止电解液被污染。
镍镉电瓶的电解液不得被污染, 否则将直接影响电瓶的电气特性及性能。避免其电解液被污染主要要防止镍镉蓄电瓶的电解液与酸及酸雾接触、防止水中矿物质的接触。因此必须注意以下两点。
(1) 调节电解液高度时, 应加入符合要求的蒸馏水等纯净水。
(2) 保证电瓶排气塞正常。除给电瓶加水外, 都要保证排气塞在安装时的位置。
(8) 做好安全防护工作。
氢氧化钾溶液呈强碱性, 能破坏皮肤和其他有机物。当接触该液体时要使用橡胶手套、围裙和口罩。当溶液洒在衣物上时, 应立即在水中浸泡。若溶液洒到皮肤上, 应在水中浸泡和冲洗后, 再用硼酸涂于皮肤上, 使之中和。若溶液溅到眼内, 应立即用清洁的蒸馏水冲洗后再用药物保护。
(9) 排气装置的功用、作用原理。
功用:排出电瓶内的气体并防止电解液外泄。
作用原理:当电池内部的气体压力为6±4PSI时“O”圈膨胀, 排气孔打开将气体排出, 以减轻气体对电池壳体的压力;当电池内部的气体压力小于6±4PSI时排气孔关闭, 以防止外界杂质进入电池内部污染电解液, 同时也防止电瓶倾斜时液体漏出。
(10) 电瓶过热的含义。
它是指电瓶或电池超过了所能承受的温度界限的一种物理现象。电瓶过热可能发生在装机使用中, 也可能发生在站内充电中。27662-11镍镉电瓶的温度界限是54.4C。
(11) 电瓶过热的主要原因。
外部原因:环境温度、电瓶的充、放电流等。
环境温度高尤其超过32C时容易超温;充、放电电流过大也容易引起超温。
内部原因:主要是电池内部发生短路所致。
(12) 电瓶过热的现象、处理方法。
电瓶过热可能造成极板的严重损坏, 影响电瓶性能。电瓶过热轻微或时间短, 可能无外在表现;若过热严重, 可能会出现电解液外溢、电解液高度降低、电池外壳变形、金属构件变色等现象。在外场, 凡发现电瓶过热均应送充电站处理。
4 如何判断电瓶已经充满电
开车状态下关闭电瓶电门, 观察发电机输出功率的指示变化, 其变化量低于0.1%表明电瓶已充满。反之则未充满电。
5 如何检查蓄电瓶的漏电电流
三用表选择在500mA或更高挡位。正表笔接触正接线柱, 负表笔与电瓶壳体接触。如指针在量程内摆动, 可按牢固负表笔, 读出电流值。然后负表笔接电源负极, 正表笔接电瓶壳体, 记下电流值。若以上两次测量中任何一次电流值超过规定值, 表明该电瓶不符合规定。
漏电电流:单格不大于2mA, 整个电瓶漏电电流不大于50mA。
摘要：直升机具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。这些特点使得直升机在很多场合大显身手。本文主要讨论直升机电源系统。
关键词：直升机,蓄电瓶,电源系统