Исследовательская работа:"Регенерация гальванических элементов"

• 1 слайд

  Общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 22 «Образовательный центр»
  
  2010 год
  

• 2 слайд

  Выполнил: Соколов Владислав,
  Мязитов Ришат,
  учащиеся10 класса.
  Консультант: Антипова Н.Ю., учитель физики.
  
  г. Сызрань 2010 год.
  Регенерация
  гальванических
  элементов
  

• 3 слайд

  Вопрос повторного использования гальванических элементов питания марганцево-цинковой (МЦ) системы издавна волновал любителей электроники и актуален до сих пор, особенно в условиях мирового финансового кризиса, когда каждый, кто использует гальванические элементы может легко сэкономить на них путем восстановления работоспособности разряженных элементов путем заряда
  
  

• 4 слайд

  В настоящие время восстанавливают гальванические элементы с помощью специальных зарядных устройств, которые можно приобрести в любом хозяйственном магазине. Но можно изготовить такое зарядное устройство самим.
  

• 5 слайд

  В данной работе речь пойдет об изготовлении зарядного устройства для гальванических элементов, а именно для батареи «Крона» 9 Вольт. «Почему именно крона?»- задумаетесь Вы. А просто потому, что она самая дорогостоящая из всех гальванических элементов и широко используется!
  
  

• 6 слайд

  В детских радиоуправляемых
  машинках и роботах
  

• 7 слайд

  В детских музыкальных игрушках
  

• 8 слайд

  В мягких игрушках со звуками
  

• 9 слайд

  Даже в электронной сантехнике!
  
  Электронный смеситель:
  когда руки попадут в зону инфракрасного луча, польется вода
  
  
  

• 10 слайд

  Батарейка «Крона»
  Название происходит от марки выпускавшихся в СССР угольно-марганцевых батареек этого типоразмера «Крона ВЦ».
  
  Технические характеристики:
  размеры: 48,5 мм × 26,5 мм × 17,5 мм., напряжение 9 В
  
  Батарея «Крона» имеет ёмкость (по паспорту) 0,5 А·ч,
  реально (за счёт саморазряда при хранении) в два — три раза меньше. Внутреннее сопротивление батареи «Крона» 34 Ома.
  

• 11 слайд

  Зарядное устройство состоит из следующих элементов:
  
  понижающего трансформатора
  диодного моста
  конденсатора
  

• 12 слайд

• 13 слайд

  Принцип работы зарядного устройства:
  
  На понижающий трансформатор подается напряжение сети переменного тока 220 В
  На вторичной обмотке трансформатора индуцируется напряжение 12 В. Не случайно выбран трансформатор, понижающий напряжение до 12 В - это один из самых ходовых трансформаторов!
  

• 14 слайд

  
  
  На выходе трансформатора установлен диодный мост- основная часть любого выпрямителя
  
  Диоды способны пропускать через себя только положительный полупериод переменного тока, делая его постоянным.
  

• 15 слайд

  Конденсатор в цепи выпрямителя предназначен для сглаживания импульсов, так как после диодного моста напряжение пульсирующее, с частотой пульсации 50 Гц. Конденсатор же, во время пульсации то накапливает напряжение, то отдает на нагрузку (потребителю)
  .
  

• 16 слайд

  Результаты диагностики Результаты зарядки батарей
  

• 17 слайд

  Как видно из изложенной выше информации и представленного Вам зарядного устройства его схема и затраты на сборку незначительны, практически нулевые, но эти нулевые затраты и час времени на сборку зарядного устройства смогут Вам сэкономить порядка 45-80 рублей с каждой кроны, именно столько стоит батарея такого типа.
  
  

• 18 слайд

  Заключение
  Не пытайтесь заряжать элементы, “забракованные” диагностическим устройством.
  
  Помните, что полуразряженные элементы, особенно долго хранившиеся в таком состоянии, теряют способность к регенерации
  
  Деформация стаканов, подтеки на них также свидетельствуют о невозможности восстановления элементов.
  
  Лучше всего восстанавливаются элементы, если ставить их на регенерацию сразу же после разрядки.
  

• 19 слайд

  Благодарим за внимание!
  

Городская молодежная научно-практическая конференция

«НАУЧНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ГОРОДА - ХХI ВЕКУ»

СЕКЦИЯ «Электротехника, электромеханика и промышленная автоматика»

Регенерация гальванических элементов

                                                                             Авторы: Соколов Владислав

            Мязитов Ришат,

                                                                                            учащиеся 10 класса

общеобразовательного учреждения

                                                                                 средней общеобразовательной

                                                                                 школы № 22   г. Сызрани

Научный руководитель: Антипова Наталья Юрьевна

                                             Учитель физики ОУ СОШ № 22

Консультант:                   Антипова Наталья Юрьевна

                                             Учитель физики ОУ СОШ № 22

Сызрань 2010 г.

Оглавление

Введение_______________________________________________________________   3

Материалы и методы исследования_________________________________________   4

Регенерация гальванических элементов _____________________________________   5

Диагностика элементов __________________________________________________    5

Зарядное устройство для батареи «Крона» ___________________________________   5

Результаты исследования _________________________________________________   7

Заключение _____________________________________________________________   8

Приложения ____________________________________________________________   9

Используемая литература _________________________________________________  12

Введение

Вопрос повторного использования гальванических элементов питания марганцево-цинковой (МЦ) системы издавна волновал любителей электроники. Идея восстановления разряженных гальванических элементов не нова.   На протяжении многих лет применялись самые разнообразные способы “оживления” элементов: шприцевание водой, кипячение, деформация стакана, зарядка различными токами. В отдельных случаях наблюдался всплеск электродвижущей силы ( ЭДС) с последующим ее быстрым угасанием. Ожидаемой емкости элементы не набирали, а порою, они текли и даже взрывались.

В настоящее время проблема, связанная с разрядкой гальванических элементов, очень актуальна, потому что во многих приборах, которые нас окружают, они используются. Например: пульты дистанционного управления, детские электронные игрушки, всевозможные средства коммуникации и связи (мобильные телефоны, рации и т.д.), часы, переносные аудиоплееры и т.д. Также,  в связи с мировым финансовым кризисом, можно легко сэкономить на батарейках путем восстановления работоспособности разряженных элементов путем их зарядки.

Как Вы уже поняли, мы предлагаем сконструировать зарядное устройство для батарейки типа «Крона».

Почему именно «Крона» спросите Вы. А просто потому, что они самые дорогостоящие из всех гальванических элементов, и соответственно экономия будет значительная.

При работе мы использовали информацию и схемы, представленные В.Богомоловым и Алимовым, находящиеся на ссылках:

http://www.qrx.narod.ru/bp/vg_e.htm

http://www.legoslab.ru/s1/regen-b.html

соответственно.

В настоящие время восстанавливают гальванические элементы с помощью специальных зарядных устройств (Приложение 1). Практически установлено, что лучше других поддаются регенерации наиболее распространенные стаканчиковые марганцево-цинковые элементы и батареи, такие, как 3336Л (КБС-Л-0,5), 3336Х (КБС-Х-0,7), 373, 336(Приложение 2).

Материалы и методы исследования.

Цель исследования в нашей работе – всестороннее, достоверное изучение различных видов гальванических элементов, аккумуляторов, их применение в различных устройствах, максимальное время работы до разрядки и возможные пути восстановления этих элементов с помощью зарядных устройств. Изучив материал, мы решили своими силами сконструировать зарядное устройство и выяснить его работоспособность.

В своей работе мы использовали следующие материалы:

- понижающий трансформатор

- диодный мост

- конденсатор

- вольтметр

- соединительные провода

- нагрузка (заряжаемый элемент).

Для достижения цели в работе мы использовали методы эмпирического уровня: наблюдение, измерение напряжения на разряженной батарейке, сравнение измеренной величины с максимальным значением. Измерение напряжения проводили с помощью аналогового и цифрового вольтметров.

Экспериментально-теоретический метод позволил нам  изучить теорию о назначении и принципах работы трансформатора, диода, конденсатора и применить теорию для практической цели – мы сконструировали зарядное устройство.

Регенерация гальванических элементов

 Процесс зарядки должен проводиться при вполне определенном напряжении — 10-12 В. При меньшем напряжении регенерация весьма затягивается, элементы даже после 8 ...10-часовой зарядки не набирают половинной емкости. При большем же напряжении нередки случаи вскипания элементов, и они приходят в негодность.

Для питания малогабаритных транзисторных радиоприемников часто используют аккумуляторные батареи типа 7Д-0.1, являющиеся вторичными источниками постоянного тока. Начальное напряжение нормально заряженной батареи 7Д-0.1 около 9 В. Батарея считается разряженной, если ее напряжение снизится до 6,8-7 В.

Чтобы аккумуляторная батарея вновь стала работоспособной, ее надо зарядить. Для этого через нее в течение 12-15 ч пропускают ток, сила которого численно равна примерно десятой части ее электрической емкости. При зарядке батареи ее электроды соединяют с одноименными полюсами источника постоянного тока.

Диагностика элементов.

Перед тем, как производить регенерацию гальванических элементов, необходимо выполнить их диагностику и выяснить, какие элементы можно восстановить, а какие не пригодны к регенерации. Смысл диагностики элементов состоит в определении способности элемента “держать” определенную нагрузку, например, в виде резистора сопротивлением 10 Ом. Для этого к элементу подключают вначале вольтметр и измеряют остаточное напряжение, которое не должно быть ниже 1В (элемент с меньшим напряжением однозначно непригоден к регенерации). Затем нагружают элемент на 1...2с. указанным резистором. Если напряжение элемента упадет не более чем на 0,2В, он пригоден к регенерации. Диагностику производят с помощью вольтметра.

Зарядное устройство для батареи «Крона».

Вопрос повторного использования гальванических элементов питания марганцево-цинковой (МЦ) системы издавна волновал любителей электроники и актуален до сих пор, особенно в условиях мирового финансового кризиса, когда каждый, кто использует гальванические элементы может легко сэкономить на них путем восстановления работоспособности разряженных  элементов путем заряда.

Как Вы уже поняли, в данной работе речь пойдет о изготовлении зарядного устройства для гальванических элементов, а именно для батареи «крона» напряжением 9 В. Почему именно крона задумаетесь Вы. А просто потому, что она самая дорогостоящая из всех гальванических элементов и широко используется в различных радиоприемниках, радиоуправляемых игрушках (Приложение 4).

Батарейка «Крона» (также PP3, E-Block) — типоразмер батареек. Название происходит от марки выпускавшихся в СССР угольно-марганцевых батареек этого типоразмера «Крона ВЦ».

Технические характеристики: размеры: 48,5 мм × 26,5 мм × 17,5 мм., напряжение  9 В., типичная ёмкость щелочной батарейки  625 мА·ч.(Приложение 3).

Батарея «Крона» имеет ёмкость (по паспорту) 0,5 А·ч, реально (за счёт саморазряда при хранении) в два — три раза меньше. Внутреннее сопротивление батареи «Крона» (порядок) 34 Ома.

 

Конструктивное исполнение

В СССР выпускались, как обычные угольно-марганцевые, так и щелочные батареи данного типоразмера (щелочные стоили дороже и назывались «Корунд»). Конструктивное исполнение, как на  снимке (Приложение 6), из прямоугольных ванночек. Применялся металлический корпус (луженая жесть); контактная площадка и дно — гетинакс, либо пластик, напоминающий резину.

Зарядное устройство будет состоять из следующих элементов: понижающего трансформатора, диодного моста, конденсатора (Приложение 5).

Теперь рассмотрим принцип работы зарядного устройства. На понижающий трансформатор подается напряжение сети переменного тока 220 В (см. схему). На вторичной обмотке трансформатора индуцируется напряжение 12 В. Не случайно выбран трансформатор, понижающий напряжение до 12 В. Во-первых- это один из самых ходовых трансформаторов, во-вторых- для зарядки любого элемента, напряжение холостого хода зарядного устройства должно быть на 20-30 % больше номинального напряжения элемента, иначе зарядный ток не будет протекать через элемент. Как известно, выходной ток трансформатора, так же как и входной- переменный, частотой 50 Гц. (см. диаграмму схему на участке трансформатор - диодный мост в приложении 4).

На выходе трансформатора установлен диодный мост- основная часть любого выпрямителя. Диоды способны пропускать через себя только положительный полупериод переменного тока, делая его постоянным. Рассмотрим работу диодного моста. В первый полупериод, когда напряжение а точке А больше напряжения в точке В ток течет через диод D₂ , нагрузку R и диод D₄. Во второй полупериод ток течет через диод D₃, нагрузку R и диод D₁. Как видно из диаграммы ток после диодного моста постоянный, пульсирующего характера.

Конденсатор в цепи выпрямителя предназначен для сглаживания импульсов, так как после диодного моста напряжение пульсирующее, с частотой пульсации 50 Гц. Конденсатор же, во время пульсации то накапливает напряжение, то отдает на нагрузку (потребителю). Конденсатор должен быть достаточно большой емкости (как правило, электролитический). Для теле- радиоаппаратуры такая схема будет неприемлема, так как полного сглаживания импульсов конденсатор не дает; в таких случаях применяют различные сглаживающие фильтры, в основу которых входят системы конденсаторов, диодных мостов, стабилитронов и транзисторные каскады.

Как видно из изложенной выше информации и представленного Вам зарядного устройства его схема и затраты на сборку незначительны, практически нулевые, но эти нулевые затраты и час времени на сбору ЗУ смогут Вам сэкономить порядка 45-70 рублей с каждой кроны, именно столько стоит батарея такого типа.

Результаты исследования.

Таблица 1

1.      Результаты диагностики

Наименование гальванического элемента	Напряжение на разряженном элементе, Вольт
Krona energizer	6,9
Bateria6F22.	6,85
Крона1	7,2
Космос	1,8
«Космос»	0

2.      Результаты зарядки батарей типа «Крона»

Таблица 2

Наименование гальванического элемента	Напряжение на элементе после 2 часов зарядки, Вольт
Krona energizer	6,9
Bateria6F22.	6,8
Крона1	7,2
Космос	1,8
Космос	0

Таблица 3

Наименование гальванического элемента	Напряжение на элементе после 4 часов зарядки, Вольт
Krona energizer	7,1
Bateria6F22.	7,4
Крона1	7,6
Космос	1,8
Космос	0

Таблица 4

Наименование гальванического элемента	Напряжение на элементе после 6 часов зарядки, Вольт
Krona energizer	7,8
Bateria6F22.	7,7
Крона1	8,2
Космос	1,8
Космос	0

Таблица 5

Наименование гальванического элемента	Напряжение на элементе после 10 часов зарядки, Вольт
Krona energizer	8,4
Bateria6F22.	8,2
Крона1	8,75
Космос	1,8
«Космос»	0

Заключение

Не пытайтесь заряжать элементы, “забракованные” диагностическим устройством. Помните, что полуразряженные элементы, особенно долго хранившиеся в таком состоянии, как правило, теряют способность к регенерации в результате сложных химических процессов, происходящих в электролите и на электродах элементов. Деформация стаканов, подтеки на них также свидетельствуют о невозможности восстановления элементов.

 Лучше всего восстанавливаются элементы, если ставить их на регенерацию сразу же после разрядки. Причем такие элементы, особенно с цинковыми стаканами, допускают многоразовую регенерацию, несколько хуже ведут себя современные элементы в металлическом корпусе. В любом случае главное — не допускать глубокой разрядки элемента и вовремя поставить его на регенерацию.

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Список используемой литературы и Интернет-ресурсов

http://www.qrx.narod.ru/bp/vg_e.htm.

http://www.legoslab.ru/s1/regen-b.html

Алимов И. Регенерация гальванических элементов.- Радио. 1972, №6

Иванов Б.С. Электронные самоделки.- М.: Просвещение, 1993

Справочник радиолюбителя-конструктора.- М.:Энергия, 1973

Сафонов О.А. Справочник школьника-радиолюбителя.- М.: Просвещение, 1970

Краткое описание документа:

В настоящее время проблема, связанная с разрядкой гальванических элементов, очень актуальна, потому что во многих приборах, которые нас окружают, они используются. Например: пульты дистанционного управления, детские электронные игрушки, всевозможные средства коммуникации и связи (мобильные телефоны, рации), часы, переносные аудио плееры и т.д.

Также, в связи с мировым финансовым кризисом, можно легко сэкономить на батарейках путем восстановления работоспособности разряженных элементов путем их зарядки.

Мы предлагаем сконструировать зарядное устройство для батарейки типа «Крона».

Почему именно «Крона» спросите вы. А просто потому, что они самые дорогостоящие из всех гальванических элементов, и соответственно экономия будет значительная.