铅酸蓄电池科学与技术（原书第2版）

目录

译者序

原书第2版前言

原书第1版前言

致谢

第1部分铅酸蓄电池基本原理

第1章铅酸蓄电池的发明与发展

1.1前奏

1.2普朗特——铅酸蓄电池的发明家

1.2.1科学家普朗特

1.2.2普朗特其人

1.3铅酸蓄电池艰苦的发展历程

1.3.1初期的普朗特技术

1.3.2铅酸蓄电池生产技术的发展

1.3.3铅酸蓄电池在人类生活中的首次应用

1.420世纪的铅酸蓄电池——发展的第二阶段

1.4.1铅粉的制备过程

1.4.2铅酸蓄电池生产中的新材料与新工艺

1.4.3失水与免维护难题的解决方案

1.4.4早期容量损失与解决方案

1.4.5硫酸铅铅膏

1.4.6蓄电池活性物质的骨架与结构

1.4.7二氧化铅活性物质的凝胶-晶体结构

1.4.8PbPbOPbSO4H2SO4电极

1.4.9负极活性物质中膨胀剂的3种成分

1.5铅酸蓄电池的应用

1.5.1铅酸蓄电池的类型

1.5.2铅酸蓄电池在电化学二次电池中的位置

1.6铅酸蓄电池发展新阶段所面临的挑战

1.6.1混合动力汽车

1.6.2铅酸蓄电池在混合动力汽车应用的主要问题

参考文献

第2章铅酸蓄电池原理

2.1铅酸蓄电池热力学

2.1.1概要

2.1.2硫酸铅电极（PbPbSO4）电势

2.1.3二氧化铅电极（PbO2PbSO4）的电势

2.1.4铅酸蓄电池的电动势ΔE

2.1.5铅酸蓄电池在生产和使用期间所涉及铅化合物的简介

2.1.6PbH2SO4H2O体系

2.1.7PbH2SO4H2O体系的电势/pH图

2.1.8温度对铅酸蓄电池电动势的影响

2.2铅在硫酸溶液中的阳极极化期间所形成的电极体系

2.3PbPbSO4H2SO4电极

2.3.1铅表面的电极过程

2.3.2铅阳极氧化的基本过程和硫酸铅晶体层的形成

2.3.3PbSO4层孔内溶液的碱化过程

2.3.4作为选择性渗透膜的PbSO4层——PbPbOPbSO4电极电势

2.4铅表面的H2H 电极

2.5PbPbOPbSO4电极体系

2.5.1PbO的形成机理

2.5.2铅的中间氧化物

2.5.3PbPbOPbSO4体系转化为PbPbOnPbSO4体系的光电化学

氧化反应

2.5.4PbPbOPbSO4电极转化为PbPbO2电极的电化学氧化

反应

2.6PbPbO2PbSO4电极体系

2.6.1PbO2的物理-化学性质

2.7MePbO2电极的电化学制备

2.7.1α-PbO2层的制备

2.7.2β-PbO2的制备

2.8PbPbO2H2SO4电极的电化学行为

2.8.1平衡电势

2.8.2温度相关性

2.8.3硫酸的吸附

2.9活性物质PbO2颗粒的水化过程和无定形过程，及其对

放电反应的影响

2.9.1正极活性物质的凝胶-晶体结构

2.9.2PbO2颗粒晶体区、凝胶区、PAM凝聚体以及外部溶液离子

之间的平衡

2.9.3PAM放电的质子-电子机理

2.9.4PbPbO2PbSO4（O2H2O）电极阳极极化期间的反应

2.10H2OO2电极体系

2.10.1二氧化铅的氧过电压

2.10.2氧在二氧化铅层的覆盖和扩散

2.10.3氧析出机理

2.11铅酸蓄电池正极和负极在充电和放电期间的电化学反应

2.11.1电池放电期间的基本反应

2.11.2电池充电期间的基本反应

2.11.3充电和放电期间两个电极的反应示意图

2.11.4铅酸蓄电池中的电流转移

2.12铅及铅合金在二氧化铅电势区的阳极腐蚀

2.12.1腐蚀层的生长

2.12.2PbPbO2PbSO4H2SO4电极电势对铅氧化局部电流、氧析出

局部电流以及其阳极层成分的依赖关系

2.12.3铅在PbO2电势区的阳极腐蚀机理

2.12.4α-PbO2和β-PbO2的稳定性

2.13铅酸蓄电池简介

2.13.1铅酸蓄电池的比能量

2.13.2有关铅酸蓄电池设计的一般注意事项

2.13.3铅酸蓄电池生产工艺

2.13.4铅酸蓄电池的电极结构

2.13.5二氧化铅活性物质制备正极板的主要技术要点

2.13.6铅活性物质制备负极板的主要技术要点

参考文献

第2部分铅酸蓄电池生产用原材料

第3章H2SO4电解液——铅酸蓄电池的一种活性物质

3.1电池行业中作为电解液使用的硫酸溶液

3.2铅酸蓄电池所用H2SO4的纯度

3.3硫酸的离解

3.4H2SO4溶液的电导率

3.5温度对铅酸蓄电池性能的影响

3.5.1温度对铅酸蓄电池水损耗的影响

3.5.2低温条件下H2SO4溶液的特性

3.6电解液浓度对铅酸蓄电池电动势以及充电电压的影响

3.7硫酸在电池极群中的分布情况

3.8铅酸蓄电池活性物质利用率及电池性能

3.9PbO2PbSO4电极的电化学活性和硫酸电解液的浓度之间的

相互关系

3.10PbSO4晶体溶解度与电解液浓度之间的关系

3.11H2SO4电解液浓度对电池性能的影响

3.12电解液添加剂

3.12.1无机化合物

3.12.2碳悬浮液

3.12.3高分子制剂

3.13电解液中的污染物（杂质）

3.14引起电解液分层的原因以及电解液分层对电池性能的影响

参考文献

第4章铅合金和板栅及板栅设计准则

4.1电池行业对铅合金的要求

4.2电池行业用铅的纯度标准

4.3Pb-Sb合金

4.3.1一些历史背景

4.3.2Pb-Sb合金体系的平衡相图和微观结构

4.3.3不同锑含量的Pb-Sb合金特性

4.3.4Pb-Sb合金的添加剂

4.3.5板栅合金中的锑对水分解速率的影响

4.3.6板栅热裂机理

4.3.7成核剂（细化剂）

4.3.8Sb、As和Bi对PbO2活性物质结构可逆性的影响

4.3.9锑对PbO2电势区所形成的Pb-Sb电极腐蚀层的成分

本书基于详实的研究结论，系统介绍了铅酸蓄电池的基本原理，重点论述了铅酸蓄电池生产工艺流程，以及各工艺流程对电池性能参数的具体影响。全书分为铅酸蓄电池基本原理、原材料、生产制造、混合动力汽车用铅酸蓄电池、铅-碳电极以及设计计算等内容。本书的主干内容为生产制造部分，该部分理论结合实际，在介绍当代生产技术的基础上，提出了各个关键工序的控制要点，以确保生产期望的负极铅和正极二氧化铅活性物质结构。本书引用和提炼了大量原始技术资料和实验数据，论述了电化学反应机理、VRLAB中封闭氧气循环相关反应，并介绍了铅-碳电极等业内*新研究进展。

本书可以指导铅酸蓄电池生产厂的工程师和技术人员控制工艺过程，也可以作为大学教师的工具书，用于在课堂上深入浅出地讲解铅酸蓄电池技术。

译者序

原书第2版前言

原书第1版序言

原书第1版前言

原书致谢

第1章变压器基本原理1

1.1概述1

1.2变压器的应用和分类4

1.3变压器原理和等效电路8

1.4标幺制16

1.5空载试验和短路试验17

1.6电压调整率和变压器的效率20

1.7变压器的并联运行26

参考文献27

第2章磁特性28

2.1铁心构造29

2.2磁滞损耗、涡流损耗和杂散损耗33

2.3励磁特性36

2.4过励磁性能37

2.5空载损耗试验38

2.6制造过程的影响44

2.7涌流45

2.8空载谐波对铁心和绕组的影响53

2.9变压器噪声54

2.10旋转损耗57

参考文献58

第3章阻抗特性63

3.1电抗计算63

3.2电抗计算的不同方法69

3.3电抗计算的解析法71

3.4电抗计算的数值法73

3.5三绕组变压器的阻抗特性78

3.6曲折形联结变压器的阻抗计算82

3.7零序电抗87

3.8稳定绕组96

参考文献98

第4章涡流和绕组杂散损耗100

4.1场方程式100

4.2坡印廷矢量104

4.3涡流损耗和磁滞损耗107

4.4饱和效应110

4.5变压器绕组中的涡流损耗111

4.6变压器绕组中的环流损耗121

参考文献129

第5章结构部件中的杂散损耗132

5.1杂散损耗的影响因素133

5.2杂散损耗估算方法概述141

5.3铁心接缝损耗143

5.4夹件中的杂散损耗144

5.5拉板中的杂散损耗145

5.6油箱中的杂散损耗149

5.7套管安装板中的杂散损耗154

5.8大电流引起的杂散损耗155

5.9杂散损耗的控制措施160

5.10经验值法166

5.11过励磁时杂散损耗估算168

5.12负载损耗测量169

参考文献173

第6章短路应力与强度181

6.1短路电流181

6.2短路时的热容量187

6.3短路力187

6.4短路时的动态特性193

6.5辐向力引起故障的模式197

6.6轴向力引起故障的模式202

6.7相互作用力（轴向和辐向组合）引起的故障模式207

6.8预压紧力的影响208

6.9短路试验209

6.10涌流的影响210

6.11分裂变压器的短路210

6.12提高承受短路能力的措施211

6.13平行导体间的电磁力计算214

6.14压紧结构设计216

参考文献217

第7章变压器冲击电压分布222

7.1起始电压分布222

7.2对地电容225

7.3绕组的电容226

7.4电感计算237

7.5驻波和行波238

7.6冲击分布的解析法241

7.7用状态变量法计算冲击电压分布243

7.8降低绕组内部过电压的设计250

参考文献255

第8章绝缘设计260

8.1简单结构的场强计算261

8.2电场强度计算263

8.3影响绝缘强度的因素265

8.4试验方法和设计绝缘水平（DIL）276

8.5绕组间的绝缘278

8.6绕组内部绝缘279

8.7端部绝缘设计281

8.8高压引线间隙284

8.9优化和提高质量的统计分析286

参考文献287

第9章冷却系统292

9.1热量传递方式292

9.2冷却方式294

9.3铁心的散热298

9.4绕组的散热299

9.5老化与预期寿命301

9.6直接测量热点305

ⅩⅦ9.7静电带电现象306

9.8计算的近期趋势307

参考文献308

第10章结构设计311

10.1结构设计的重要性311

10.2荷载与强度试验311

10.3变压器油箱分类313

10.4油箱设计315

10.5分析方法317

10.6变压器油箱过压力现象320

10.7抗震分析321

10.8变压器噪声的特性与降低323

10.9运输因素与振动327

参考文献328

第11章特种变压器330

11.1整流变压器330

11.2高压直流用换流变压器335

11.3电炉变压器340

11.4移相变压器344

参考文献347

第12章变压器电磁场理论与计算350

12.1概述351

12.2变压器工程电磁场基础354

12.3位方程374

12.4有限元法384

12.5FEM方程394

12.6变压器的耦合场401

12.7性能参数计算413

参考文献422

第13章变压器与系统之间的相互作用和建模427

13.1变压器电力潮流分析427

13.2谐波分析435

13.3铁磁谐振438

13.4电弧炉应用440

13.5地磁干扰442

ⅩⅧ13.6和应涌流现象442

13.7系统瞬变引起的内部谐振443

13.8特快速瞬态过电压444

13.9配电变压器的瞬变现象445

13.10变压器的低频、中频和高频模型445

参考文献454

第14章变压器的监测与诊断458

14.1常规试验459

14.2溶解气体分析461

14.3局部放电诊断462

14.4聚合度与呋喃分析469

14.5时域介质响应法469

14.6频域介质响应法478

14.7绕组变形测量482

14.8附件490

14.9其他诊断测试491

14.10寿命评估与改进493

参考文献493

第15章变压器技术的发展趋势499

15.1磁路499

15.2绕组500

15.3新型绝缘液体501

15.4优化计算502

15.5可再生能源用变压器503

15.6电力电子在变压器中的应用504

15.7其他技术506

15.8监测和诊断趋势507

参考文献508

附录511

附录A设计示例511

附录B联结组526

附录C故障电流计算528

附录D电场强度和电容计算公式533

《三菱MELSEC系列·图解继电器与顺序控制器(原书第2版)》是为初学继电器顺序控制、顺序控制器以及传感器使用方法的读者而编写的实用入门书。《三菱MELSEC系列·图解继电器与顺序控制器(原书第2版)》基本按照“问题-电路设计-接线-实施”的步骤，利用丰富实例，通俗易懂地讲解相关内容。《三菱MELSEC系列·图解继电器与顺序控制器(原书第2版)》内容包括：顺序控制基础、继电器顺序控制、顺序控制器的基础知识、顺序控制器的指令与基本电路、顺序控制器的应用电路等，并且每章后均给出实践题，在最后给出相应的答案。

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