Nap ac quy tu dong ppsx

Chơng i: giới thiệu chung về ắc qui và các phơng pháp nạp ắc quiI.1: ứng dụng của ác qui: ắc qui là một nguồn điện đợc trữ năng lợng điện dới dạng hoá, nó cung cấp điện cho các thiết bị

Chơng i: giới thiệu chung về ắc qui và các phơng pháp nạp ắc qui

I.1: ứng dụng của ác qui:

ắc qui là một nguồn điện đợc trữ năng lợng điện dới dạng hoá, nó cung cấp điện cho các thiết bị điện phục vụ trong công nghiệp cũng nh trong

đời sống hàng ngày: nh cung cấp điện cho động cơ điện, bóng đèn, là nguồn nuôi cho các thiết bị điện tử

Cấu tạo của ắc qui

ắc qui là một nguồn điện hoá, sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo bản cực và chất điện phân, với ắc qui chì axit sức điện

động danh định của một ắc qui đơn là 2,1vôn Muốn tăng khả năng dự trữ năng lợng của ắc qui ngời ta tăng số lợng cặp bản cực dơng âm trong mỗi ắc qui đơn Để tăng giá trị sức điện động của nguồn ngời ta ghép nối nhiều ắc qui đơn thành mộ bình ắc qui

-Hình 1.1: Cấu tạo của ắc qui.

1

I.2 Cấu tạo của ắc qui:

Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dơng, phân khối bản cực âm, các tấm ngăn Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau Cấu tạo của một bản cực trong ắc qui gồm có phần khung xơng và chất tác dụng trát lên nó Khung xơng của bản cực âm và bản cực dơng có cấu tạo giống nhau, chúng đợc đúc từ chì và chúng đợc đúc từ chì và có pha thêm 5 ữ 8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình mắt lới

Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3 % chất nở ( các muối

hu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện đợc độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng đợc tăng thêm Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dơng của mỗi ắc qui đơn đợc hàn với nhau tạo thành khối bản cực dơng, các bản cực âm đợc hàn với nhau thành khối bản cực âm Số lợng các bản cực trong mỗi ắc qui thờng từ 5 đến 8 tấm, bề dầy tấm bản cực dơng của ắc qui thờng

từ 1,3 đến 1,5 mm , bề dày tấm bản cực âm thờng mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm Số bản cực âm trong ắc qui thờng nhiều hơn số bản cực dơng một bản nhằm

tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực Tấm ngăn đợc

bố trí giữa các bản cực âm và dơng có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực Tấm ngăn đợc làm bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8

đến 1,2 mm và có dạng lợn sóng, trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phép dung dịch điện phân thông qua

I.3: Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui

ắc qui là nguồn năng lợng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng lợng dới dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng Quá trình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc qui dự trữ năng lợng đợc gọi là quá trình nạp điện Phản ứng hoá học biểu diễn quá trình chuyển hoá năng lợng

Thông thờng có 2 loại acquy đợc sử dụng phổ biến trong thực tế là acquy axit và acquy kiềm có bản cực đợc làm bằng các kim loại và hợp kim sau:

I.3.1:Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit:

Trong ắc qui axit có các bản cực dơng là đôixit chì ( PbO2 ), các bản âm

là chì ( Pb ), dung dich điện phân là axit sunfuaric ( H2SO4 ) nồng độ d = 1,1

I.3.2: Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui kiềm:

Trong ắc qui kiềm có bản cực dơng là Ni(OH)3 , bản cực âm là Fe, dung dịch điện phân là: KOH nồng độ d = 20 %

I.3.3:Các thông số cơ bản của ắc qui:

- Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân Ngời ta thờng sử dụng công thức kinh nghiệm

Eo = 0,85 + γ ( V )

Trong đó:

Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )

γ - Nồng độ dung dịch điện phân ở 15 °C ( g/cm3 ) +Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc qui đợc tính theo công thức:

raq - Điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( Ω )

+Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc qui đợc tính theo công thức:

En = Un - In.raq

Trong đó :

En - Sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )

In - Dòng điện nạp ( A )

Un - Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện ( V )

raq - Điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( Ω )

- Dung lợng phóng của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng cung cấp năng lợng điện của ắc qui cho phụ tải, và đợc tính theo công thức :

Cp = Ip.tp

Trong đó :

Cp - Dung lượng thu đợc trong quá trình phóng ( Ah )

Ip - Dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A )

tp - Thời gian phóng điện ( h )

- Dung lợng nạp của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng tích trữ năng lợng của ắc qui và đợc tính theo công thức :

Cn = In.tn

Trong đó :

Cn - dung lượng thu đợc trong quá trình nạp ( Ah )

In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )

tn - thời gian nạp điện ( h )

-Nội trở Ro, đơn vị là Ôm (Ω )

Nội trở là điện trở trong của acquy Nội trở của acquy phụ thuộc vào tỷ

trọng, bản cực lớn hay nhỏ, tính chất tấm cách điện, khoảng cách giữa hai bản cực…v.v

5

Dung lợng càng lớn, nội trở càng nhỏ Nhiệt độ, tỷ trọng càng tăng nội trở càng nhỏ vì vậy nên khi nạp điện nội trở giảm theo tỷ trọng và nhiệt độ tăng Khi phóng điện nội trở tăng vì tỷ trọng và nhiệt độ giảm.

Mỗi ngăn acquy kiềm có Ro=0,05-1Ω

Mỗi ngăn acquy axít có Ro=0,001-0,0015 Ω khi nạp đầy và Ro=0,02 Ω khi phóng điện đến điện áp ngừng phóng điện của acquy

Dới đây là nội trở của một số bình acquy axít có dung lợng khác nhau:

- Hiệu suất :Acquy không thể phóng ra toàn bộ điện năng đã hấp thụ

đ-ợc vì có những tổn thất dới đây:

+Do tác dụng của điện phân ở thời kỳ cuối khi nạp điện, nớc biến thành

ôxy và hiđrô sủi bọt, tổn hao một phần điện năng

+Tổn hao một phần điện năng vì dò điện và phóng điện nội bộ

+Khi nạp điện acquy có nội trở nên tiêu hao hết một phần năng lợng Hiệu suất của acquy là tỷ số giữa toàn bộ điện năng phóng và toàn bộ điện năng nạp Có 2 loại hiệu suất;

+Hiệu suất dung lợng( hiệu suất Ampe-giờ)

% 100

% 100

n

p n

% 100

ntb

ptb Ah ntb

n

n

ptb p

p

w

U

U U

I.4 Đặc tính phóng nạp của ắc qui:

I.4.1 Đặc tính phóng của ắc qui

- Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi

- Từ đặc tính phóng của ắc qui nh trên hình vẽ ta có nhận xét sau:

+Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động,

điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn

định hay thời gian phóng điện cho phép tơng ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc qui ( dòng điện phóng ) của ắc qui

- Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột Nếu ta tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của ắc qui sẽ

Hình 1.3: Đặc tính phóng của ắc qui.

CP = IP.tP Vùng phóng điện cho phép

20 12

7

giảm rất nhanh Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau này Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng

điện cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up, ρ tại tgh đợc gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc qui ắc qui không đợc phóng điện khi dung lợng còn khoảng 80%

- Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức

điện động, điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc qui (dòng điện phóng và thời gian phóng )

I.4.2 Đặc tính nạp của ắc qui:

Đặc tính nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức

điện động, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị

số dòng điện nạp không thay đổi

8

+Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ữ 3 h trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Nh vậy dung lợng thu đợc khi ắc qui phóng

điện luôn nhỏ hơn dung lợng cần thiết để nạp no ắc qui

Khoảng nghỉ 1,95V

t

2,4V 2

2,7V

Un

Bắt đầu sôi 2,4V

2,1V Eaq

Eo

Hình 1.4: Đặc tính nạp của ắc qui.

9

+Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của ắc qui sau khi nạp.

+Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắc qui Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C20

Những dấu hiệu cho thấy acquy đã đầy điện :

- Hiện tợng sủi bọt rất mạnh xảy ra xung quanh cực âm và cực dơng

- Tỷ trọng đạt 1,12-1,22 đối với acquy cố định và 1,25-1,30 đối với acquy

di động

- Hiệu điện thế đạt 2,7-2,8V và ổn định trong suốt 3 h

- Dung lợng nạp vào gấp 1,2-1,3 lần dung lợng định mức

I.5.1 Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.

Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui đợc no Đây là phơng pháp sử dụng trong các xởng bảo dỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá Với phơng pháp này ắc qui đợc mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :

Un ≥ 2,7.Naq

Trong đó:

Un - điện áp nạp

Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch

Trong quá trình nạp sức điện động của ắc qui tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R Trị số giới hạn của biến trở đợc xác định theo công thức :

Un

+

11

aq n

I

N 0 , 2 U

và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,05C20

I.5.2 Phơng pháp nạp với điện áp không đổi

Phơng pháp này yêu cầu các ắc

qui đợc mắc song song với nguồn

nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp

đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp Sau thời gian 16h

ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp Khi thời gian nạp

đợc 20h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 ữ 3h

- Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống nh ắc qui axit nhng do khả năng quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In

= 0,1C20 hoặc nạp cỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,25C20 Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ

- Khi dung lợng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nớc Do đó đến giai đoạn này

ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp đợc giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp

- Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau

+ ắc qui axit : - Dòng nạp ổn định In = 0,1C20

- Dòng nạp cỡng bức In = ( 0,3 ữ 0,5 )C20

+ ắc qui kiềm :- Dòng nạp ổn định In = 0,1C20

- Dòng nạp cỡng bức In = 0,25C20

* Từ các phân tích ở trên ta tính toán dòng nạp và điện áp nạp theo yêu cầu

đầu bài chúng ta tiến hành nạp ắc qui với dòng điện không đổi

Dòng điện nạp In=0,1x40x5=20A

Điện áp nạp Un=16,2x20=324V

Nhận xét:

Nh vậy chúng nếu chúng ta dùng cách mắc 100 ắc qui nối tiếp với nhau thì dong điện nạp trong quá trình ổn dòng nhỏ In=2A còn điện áp nạp khi nạp ở chế độ ổn áp sẽ rất lớn Un=1620V.Phơng pháp này không thoả mãn yêu cầu của công nghệ vì điện áp nạp quá lớn Còn với cách mắc 100 ắc qui thành 100 chiếc song song với nhau thì dòng điện nạp rất lớn (In=200A) còn điện áp nạp nhỏ( Un=16,2V) Phơng pháp này thoả mãn yêu cầu của công nghệ nhng do dòng điện quá lớn nên chúng ta phải chọn van chịu đợc công suất lớn, do vậy sẽ không đạt đợc về vấn đề kinh tế Phơng pháp tối u nhất vừa đáp ứng đợc yêu cầu của công nghệ vừa đạt đợc hiệu quả kinh tế là phơng pháp mắc hỗn hợp.

Chơng II: các phơng án lựa chọn

mạch lực.

Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lu với mục đích biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều Các loại bộ biến

đổi này có thể là chỉnh lu không điều khiển và chỉnh lu có điêu khiển Với mục

đích giảm công suất vô công, ngời ta thờng mắc song song ngợc với tải một chiều một diod (loại sơ đồ này đợc gọi là sơ đồ có diod ngợc) Trong các sơ đồ chỉnh lu có diod ngợc, khi có và không có điều khiển, năng lợng đợc truyền từ phía lới xoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh lu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lu Các bộ chỉnh lu có điều khiển, không diod ngợc có thể trao đổi năng lợng theo cả hai chiều Khi năng lợng truyền từ lới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lu, khi năng lợng truyền theo chiều ngợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lới xoay chiều) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lu trả năng lợng về lới

Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh lu thành một hay ba pha Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lu là: dòng điện và điện áp tải; dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một chiều, hay xoay chiều, có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một chiều hay, xoay chiều Số lần đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh lu với tần số điện áp xoay chiều

Theo hình dạng các sơ đồ chỉnh lu, với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có thể phân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau

II.1: mạch chỉnh lu điều khiển đối xứng cầu 3pha

t t t

Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 1.11a có thể coi nh hai sơ đồ chỉnh lu tia ba pha mắc ngợc chiều nhau, ba Tiristor T1,T3,T5 tạo thành một chỉnh lu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn T2,T4,T6 là một chỉnh lu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lu này ghép lại thành cầu ba pha.

Theo hoạt động của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)) Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình 1.11b cần mở Tiristor T1 của pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristor T4 của pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tơng tự Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha

Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ đợc chạy từ pha

có điện áp dơng hơn về pha có điện áp âm hơn Ví dụ trong khoảng t1 ữ t2 pha

A có điện áp dơng hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng điện dợc chạy từ A về B

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1 ữ t3 nh trên hình 1.11b Tiristor T1 nhóm anod dẫn, nhng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 ữ t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ữ t3

Điện áp ngợc các van phải chịu ở chỉnh lu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 (đờng cong cuối cùng của hình 1.11b) trong khoảng t1 ữ t3 van T1 dẫn điện áp bằng

0, trong khoảng t3 ữ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngợc UBA, đến khoảng t5 ữ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngợc UCA

Khi điện áp tải liên tục, nh đờng cong Ud trên hình 1.11b trị số điện áp tải

đợc tính theo công thức II.1.4

Khi góc mở các Tiristor lớn lên tới góc α > 600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn nh các đờng nét đậm trên hình 1.11d (khi góc mở các Tiristor α =900 với tải thuần trở) Trong các trờng hợp này

dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng (các đờng nét mảnh trên giản đồ Ud của các hình vẽ 1.11b, c, d), cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngợc nên chúng tự khoá.

- Điện áp ngợc đặt lên van: Ung = 2,45U2

- Dòng điện phía thức cấp: I2 = 0,816Id

- Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 0,816Id.Kba

- Công suất máy biến áp: Sba =1,05Pd

- Công suất tải: Pd = UdoId

Nhận xét.

Mạch chỉnh lu điều khiển đối xứng cầu 3F thờng đợc sử dụng rộng dãi trong thực tế, mạch cho ra chất lợng điện áp bằng phẳng, dòng điện chạy qua tải liên tục trong suốt quá trình làm việc Mạch chỉnh lu này thờng đợc áp dụng với những mạch có công suất lớn vì dòng điện chạy qua mỗi van chỉ chạy trong 1/3 chu kỳ

I.2: mạch chỉnh lu điều khiển hình tia 3pha

II.2.1: Sơ đồ.

Hình2.6:Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng tia 3F

II.2.3: Nguyên lý hoạt động.

Khi biến áp có ba pha đấu sao ( Υ ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van nh hình, ba catod đấu chung cho ta điện áp dơng của tải, còn trung tính biến áp sẽ

là điện áp âm Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 1200 theo các ờng cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dơng hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 1200 ) Từ đó thấy rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dơng hơn hai pha kia

đ-Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào dơng hơn van đó mới đợc kích mở Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau

đợc coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn Các Tiristior chỉ đợc mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (nh vậy trong chỉnh

lu ba pha, góc mở nhỏ nhất α = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là

300)

Theo hình tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, nh vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục ( đờng cong I1,I1,I3 trên hình), còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn Tuy nhiên trong cả hai trờng hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng 1/3.Id Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng van khoá dòng điện van bằng 0 Điện áp của van phải chịu bằng điện dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn Ví dụ trong khoảng t2 ữ t3 van T1 khoá còn T2 dẫn do đó van T1 phải chịu một điện áp dây UAB, đến khoảng t3 ữ t4 các van T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp dây

0 ) ( t

d t d U

6 5

6

) sin(

.

π α

U

- Dòng điện trên tải:

d

d d

I

I =

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu: U d0 =1 U, 17 2

- Điện áp ngợc trên van: U ng = 2 , 45U2

- Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id

- Dòng điện phía sơ cấp:I1 = 0,47Id.Kba

- Công suất tải: Pd = Ud0.Id

- Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd

Nhận xét:

Mạch chỉnh lu có điều khiển tia 3F có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt

động đợc cần mắc biến áp để đa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ Mạch dùng nguồn 3F nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe

So với chỉnh lu một pha, thì chỉnh lu tia ba pha có chất lợng điện một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao

bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng hợp này cũng tơng đối đơn giản Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có biến

áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn (xem hệ số công suất bảng 2), nếu ở

đây biến áp đợc chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn lớn hơn nhiều Khi chế tạo biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải đợc đấu Υ

với dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ thì dây trung tính chịu dòng điện tải

II.3: ChØnh lu cÇu 3 pha b¸n ®iÒu khiÓn

II.3.2: D¹ng ®iÖn ¸p:

II.3.3: Nguyên lí hoạt động:

Loại chỉnh lu này đợc cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod chung) điều khiển và một nhóm không điều khiển nh mô tả trên hình vẽ Trên hình mô tả giản đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lu (đờng cong trên cùng), sóng điện áp tải

Ud (đờng cong nét đậm thứ hai trên hình), khoảng dẫn các van bán dẫn T1,T3,T5,D2,D4,D6 Các Tiristor đợc dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho

đến khi mở Tiristor của pha kế tiếp Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T3) Trong trờng hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor đợc dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu Các diode tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều Ví dụ D4 phân cực thuận trong khoảng t4 ữ t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha

B về pha A trong khoảng t4 ữ t5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5 ữ t6.Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn

Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800 Ngời ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lu tia ba pha

II.3.4: Các công thức cơ bản:

Trong sơ đồ sử dụng 3 tiristor ở nhóm catot chung và 3 diode ở nhóm anot chung Giá trị trung bình của điện áp trên tải :

Ud = Ud1 - Ud2

Trong đó Ud1 là điện áp do nhóm catot chung tạo nên

Ud2 là điện áp do nhóm anot chung tạo nên

πθ

θπ

απ

θθπ

α π

α π

α π

α π

2

63sin

22

3

cos2

63sin

22

3

2 6

11

6 7

2 2

2 6

11

6 7

2 1

U d

U U

U d

U U

α π

Giá trị trung bình của dòng tải chạy trong tiristor và diode:

3

max max

TBV

I I

Điện áp ngợc lớn nhất :

max max

d U I

Công suất biến áp:

max max

ba U I

S = π

Nhận xét: Ưu điểm cơ bản của các sơ đồ không đối xứng là dùng ít van

điều khiển, hệ số công suất lớn hơn, việc điều khiển các van bán dẫn đơn giản hơn Tuy nhiên nhợc điểm của các sơ đồ này là số lần đập mạch của điện áp chỉnh lu phụ thuộc vào góc điều khiển α Với góc ra nhỏ điện áp ra gần giống

nh chỉnh lu cầu đối xứng, tuy nhiên khi góc α tăng lên điện áp ra chỉ còn đập

mạch 3 lần trong một chu kì

II.5: m¹ch chØnh lu b¸n ®iÒu khiÓn cÇu 1pha

ID2

I.5.3: Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ cầu cho phép sử dụng một nửa số van là Tiristor, nửa còn lại là Diôt,

do đó làm giảm đợc giá thành thiết bị biến đổi vì Diôt rẻ hơn Tiristor Sơ đồ

điều khiển cũng trở nên đơn giản hơn

Khi t = α phát xung điều khiển mở van T1 Trong khoảng thời gian t

= α ữ π tiristor T1 và diôt D2 cho dòng điện chạy qua Khi điện áp U2 bắt đầu

đổi dấu diôt D1 mở ngay, T1 bị khóa lại , dòng id = Id chuyển từ T1 sang D1 Lúc này diôt D1 và D2 cùng cho dòng điện chạy qua, Ud = 0

Khi t =π + α phát xung mở T2 dòng tải id = Id chạy qua diôt D1 và tiristor

d

U sin 2

π

α π

π

π α

Nhận xét: Sơ đồ cầu một pha không đối xứng đơn giản, dễ dàng đấu nối

Do sử dụng 2 điôt thay cho 2 tiristor nên giá thành mạch rẻ Mạch thờng đợc sử dụng trong những mạch có công suất nhỏ và vừa

Do sử dụng 2 tiristor kết hợp với 2 diôt nên mạch sử dụng ít kênh điều khiển, chính vì vậy việc thiết kế mạch điều khiển trở nên dễ dàng hơn

Kết luận:

- Trong các sơ đồ chỉnh lu chúng ta thấy dùng sơ đồ chỉnh lu đối xứng và chỉnh lu không đối xứng cầu ba pha cho chúng ta chất lợng điện áp và dòng điện tốt nhng mạch sử dụng nhiều kênh điều khiển do vậy việc thiết kế mạch phức tạp, mạch sử dụng nhiều Tiristor nên giá thành cao không kinh tế

- Do yêu cầu của công nghệ, mạch nạp có công suất nhỏ In =20A, Un = 324V, nên chúng ta chọn sơ đồ mạch chỉnh lu điều khiển 1 pha không

đối xứng Mạch có những u điểm sau:

+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ nh cầu 1 pha đối xứng

+ Đơn giản hơn vì số lợng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn

+ Cùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều khiển chính xác hơn

Chơng iii: tính toán thiết kế mạch

lựcIII.1: Sơ đồ mạch lực:

RA

K RA

Hình 2.9: Mắc hỗn hợp các ắc qui vào nguồn nạp

III.2: Tính chọn các phần tử trong sơ đồ mạch lực

) cos 1 (

Diode chọn loại SKKE81/16 có thông số:

Imax = 80A ; Un=1600V ; Ith = 200A ; Ipik = 2000A ; ∆U=1,55V ;

Tcp =1250C

Tiristor chọn loại T80F10BEM có các thông số :

Un = 1000V ; Idm = 80A ; Ih = 250mA ; Ir = 30mA ; ∆U=2,4V ;

tính toán mạch bảo vệ quá điện áp

Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp, vì vậy cần mắc thêm mạch bảo vệ quá điện áp

Ngời ta chia ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp:

- Nguyên nhân nội tại: đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn

Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngợc, các điện tích nói trên đổi ngợc hành trình, tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian rất ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đờng dây nguồn dẫn

đến các Tiristor Vì vậy giữa các anôt và catôt của Tiristor xuất hiện quá điện áp

- Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thờng xảy ra ngẫu

nhiên nh khi cắt đóng tải một máy biến áp trên đờng dây, khi một cầu chì bảo vệ chảy, khi có sấm sét

- Để bảo vệ mạch quá áp ngời ta thờng dùng mạch R – C, ( xem hình bên dới)

Mạch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích

tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên Khi có sự chuyển mạch, do phóng điện

từ van ra ngoài tạo nên xung điện áp trên bề mặt tiếp giáp P-N Mạch R-C mắc song song với van bán dẫn tạo mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạchvan Có thể tính gần đúng R=(5-30)Ω, C=(0,25-4)àF

Mạch R – C đấu giữa các pha thứ cấp của máy biến áp là bảo vệ quá điện

áp do đóng cắt tải ( dòng điện từ hóa ) máy biến áp gây nên

Thông số của R – C phụ thuộc ào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc

độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đờng dây, dòng điện

từ hoá máy biến áp v.v

∆ là tổn hao công suất trên tiristor

τ là chênh lệch nhiệt độ so với môi trờng

K = (6-10).10-4

C cm

W

0

2

Tổn thất công suất trên Tiristor là ∆P=∆U.Ilv=1,8.15,3=27,54W

Chọn nhiệt độ môi trờng là 40oC, nhiệt độ làm việc là 80 oC thì τ =40

Chän K=8.10-4

C cm

C«ng suÊt biÕn ¸p : Sba=1,23Pdmax=9210W

TiÕt diÖn s¬ bé trô lµ : Qfe=