Đồ án môn học Sạc ắc quy tự động

Đồ án môn học Sạc ắc quy tự độngCHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 1.1: Nguồn điện một chiều 1.2: Sơ đồ khối, cấu tạo từng khối và chức năng từng khốiCHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRONG MẠCH 2.1: Điện trở và biến trở 2.2: Tụ điện 2.3: Diode , Led và Transistor 2.4.IC LM 358 2.5. IC ổn áp LM 78xxChương 3 : SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 3.1. Sơ đồ mạch cấp nguồn một chiều 12V cho ắc quy 3.2. Nguyên lý làm viêc của mạch điện: CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP 4.1.1. Yêu cầu về vận hành 4.1.2 Tính toán máy biến áp

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG

1.1: Nguồn điện một chiều

1.2: Sơ đồ khối, cấu tạo từng khối và chức năng từng khối

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRONG MẠCH

Chương 3 : SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

3.1 Sơ đồ mạch cấp nguồn một chiều 12V cho ắc quy

3.2 Nguyên lý làm viêc của mạch điện:

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP

4.1.1 Yêu cầu về vận hành

4.1.2 Tính toán máy biến áp

CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 1.1: Nguồn điện một chiều

1.1.1: Cấu trúc nguyên tử

Nguyên tử gồm hai phần: một hạt nhân gồm proton mang điện tích dương

và nortron không mang điện; phần vỏ là các electron mang điện tích âmchuyển động hỗn loạn xung quanh hạt nhân

Ở trạng thái bình thường thì nguyên tử trung hoà về điện, khi bị kích thíchnguyên tử có thể mất đi một vài electron trở thành ion dương hoặc nguyên tử

có thể nhận thêm một vài electron để trở thành ion âm

1.1.2: Bản chất dòng điện một chiều

Là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện khi có điện trườngngoài kích thích vào (hạt mang điện tích dương chuyển động cùng hướng vớiđiện trường ngoài và các hạt điện tích âm chuyển động ngược hướng điệntrường ngoài) và qui ước chiều dòng điện là chiều chuyển dời có hướng củacác hạt mang điện tích dương

1.1.3: Các đại lượng đặc trưng

Là sự chênh lệch điện áp (V) giữa hai điểm thì gọi là hiệu điện thế:

Điện áp tại điểm A: Va

Điện áp tại điểm B: Vb

Hiệu điện thế giữa hai điểm A , B là: Uab = Va-Vb

Đơn vị: V (vol) ; 1V=1000mV ; 1kV=1000V ; …

c Định luật Ôm:

Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp ở hai đầuđoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó.

Công thức: I = U/R

Trong đó: I là cường độ dòng điện, đơn vị A

U là điện áp hai đầu đoạn mạch, đơn vị V

R là điện trở của đoạn mạch, đơn vị Ω (ôm)

d Điện năng và công suất.

* Điện năng:

Khi dòng điện chạy qua các thiết bị như bóng đèn thì bóng đèn sẽ sáng,chạyqua động cơ làm dộng cơ quay Như vậy dòng điện đã sinh ra công, công của dòng điện gọi là điện năng, ký hiệu là W, Wh, kWh

Công thức: W = U x I x t

Trong đó: W là điện năng tính bằng J (Jun)

U là điện áp tính bằng V (vol)

I là cường độ dòng điện tính bằng A (ampe)

t là thời gian đo bằng s (giây)

Ghép song song các nguồn điện (có cùng điện áp) sẽ cho ta một nguồn điện

mới có điện áp bằng điện áp thành phần

Hình 1.1.Cách mắc nguồn điện

1.2: Sơ đồ khối, cấu tạo từng khối và chức năng từng khối

1.2.1: Sơ đồ khối

Máy biến áp

( K1 )

Mạch chỉnh lưu( K2 )

Mạch lọc( K3 )

Mạch ổn áp( K4 )

1.2.2.1: Máy biến áp (khối 1)

Máy biến áp có tác dụng thay đổi điện áp xoay chiều vào thành các mứcđiện áp xoay chiều khác nhau ở đầu ra của biến áp (chỉ thay đổi biên độ) màkhông làm thay đổi tần số và pha ban đầu

Phương trình điện áp vào, ra khỏi máy biến áp có dạng hình sin:

Cấu tạo máy biến áp gồm: Một cuộn dây sơ cấp (để đưa điện áp ngoài vào)

và cuộn dây thứ cấp gồm một hay nhiều cuộn dây (để đưa điện áp ra) cùng

quấn trên cùng một lõi Lõi này có thể là cuộn giấy (lõi không khí) hoặc là lõibằng thép , sắt từ ( ferit).

* Các đại lượng trong nguyên lý bíên đổi điện áp của máy biến áp:

Máy biến áp hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và nguyên lý tạo điện áp ra dựa trên công thức:

U1/U2 = N1/N2 = I2/I1

Trong đó: U1, I1: là điện áp và dòng điện vào cuộn sơ cấp

U2, I2: là điện áp và dòng điện ra ở cuộn thứ cấp

N1, N2: là số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp

* Các loại biến áp có trên thị trường:

Hình 1.2.2.Các loại biến áp

Trong mạch này chúng em đã sử dụng máy biến áp nguồn lõi bằng lá thép có đầu vào 220V AC và đầu ra 15V AC

1.2.2.2: Mạch chỉnh lưu (khối 2)

Mạch chỉnh lưu dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điệnmột chiều tương ứng nhưng vẫn còn mấp mô Sau đây là hai mạch chỉnh lưu

cơ bản:

a. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ:

Hình 1.2.3.Mạch chỉnh lưu nửa chu kì Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ gồm một diode mắc nối tiếp với tải tiêu thụ Ở bán kỳ dương (nửa chu kỳ đầu) diode được phân cực thuận , diode thông nên

có dòng chảy trong mạch Ở bán kỳ âm (nửa chu kỳ ngay sau) diode được phân cực ngược nên không có dòng chảy trong mạch

Như vậy mạch chỉnh lưu hình cầu thì đảm bảo trong một chu kỳ thì mạch luôn có dòng điện Và cũng chính ưu điểm này , cho nên chúng em đã sử dụng mạch chỉnh lưu hình cầu vào mạch của mình , trong mạch ta sử dụng cầu chỉnh lưu tròn 1A ( Vì nó có kích thước nhỏ gọn dễ sử dụng ) thay cho mạch chỉnh lưu cả chu kỳ ( sử dụng diode)

* Nhược điểm: giá thành cao.

1.2.2.5: Bộ điều chỉnh tự động đóng ngắt mạch khi sạc pin (khối 5).

Khối này có chức năng đóng mạch khi ắc quy sạc chưa đầy và ngắt mạch khi ắc quy đã sạc đầy trong mạch sử dụng IC LM 358 và transistor BC337

để điều chỉnh quá trình đóng ngắt khi sạc Ngoài ra ta cũng có thể sử dụng IC

so sánh khác như: LM 211 , U 741 ,… để điều khiển transitor đóng mở mạch sạc

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LỰA CHỌN CÁC

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRONG MẠCH2.1: Điện trở và biến trở

2.1.1: Điện trở

a) Khái niệm.

Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điện

tử, chúng có tác dụng cản trở dòng điện , tạo sự sụt áp để thực hiện chức năngtheo ý muốn

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu , tiết diện và độ dài của dâydẫn được tính theo công thức:

R =

Trong đó: R là điện trở Đơn vị là Ω

ρ là điện trở suất

l là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện của dây

b) Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử.

* Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử

không phân cực, nó là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, chúngđược làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo ra các con điện trở có trị số khác nhau

Hình 2.1.Hình dạng điện trởHình dạng điện trở trong các sơ đồ mạch điện tử

Biến trở là dạng đặc biệt của điện trở có công dụng tương tự như điện trở

thong thường Nhưng nó có thể thay đổi được gía trị điện trở, qua đó thay đổiđiện áp hoặc dòng điện ra trên biến trở

Hình 2.2.Biến trở b.Ký hiệu:

Hình 2.3.Ký hiệu của biến trở

c.Cấu tạo:

Hình 2.4.Cấu tạo và hình dạng của biến trở

Biến trở còn gọi là triết áp được cấu tạo gồm một điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung góc quay 270 độ Có một trục xoay ở giữa nối với một con trượt làm bằng than cho biến trở dây quấn (hay làm bằng kim loại cho biến trở than) Con trượt sẽ ép lên mặt điện trở để tạo kiểu nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi quay trục

Hình 2.5.biến trở 2.2: Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu trong mạch truyềnphát tín hiệu, mạch dao động…

a Khái niệm và các đại lượng đặc trưng:

* Khái niệm :

Tụ điện là linh kiện dùng để cản trở dòng điện xoay chiều và ngăn không cho dòng điện một chiều đi qua , tụ điện còn có khả năng phóng nạp khi cần thiết

* Các đại lượng đặc trưng:

Điện dung là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện ,điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực

theo công thức

C = ξ S / d

Trong đó: C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

b.Ký hiệu và cấu tạo:

* Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lý :

Tụ không phân cực là tụ có hai cực như nhau và giá trị thường nhỏ (pF)

Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn lộn nhauđược Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực

* Cấu tạo của tụ điện: gồm hai bản cực song song, ở giữa có một lớp cách

điện gọi là điện môi như tụ hóa, tụ gốm, tụ giấy…

Tụ lá

Tụ xoay

Hình 2.6 Hình dạng tụ trong thực tế

Để cho tụ làm việc ổn định chúng em đã lưu chọn tụ có điện áp lớn hơn điện

áp điện áp đầu vào của tụ

2.3: Diode , Led và Transistor

2.3.1: Diode:

a.Cấu tạo , hình dạng và ký hiệu

Được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau Diode có hai cực là Anot (A)

và Katot (K) Nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang K và nó được coi như vanmột chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong các máy thu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp

Hình 2.7.Hình dạng diode trong thực tế

Hình 2.8.Kí hiệu diode trong các mạch nguyên lý.

b.Phân cực cho diod:

Phân cực thuận cho diode: Anode(A) được lối vào cực dương và Katot (K)được nối vào cực âm của nguồn (UAK>0) thì diode sẽ cho dòng điện chạyqua

Phân cực thuận cho Diode Phân cực ngược: UAK<0 thì diode sẽ không cho dòng điện chạy qua

Phân cực ngược cho Diode

Vậy nguyên tắc hoạt động của diode: chỉ cho dòng một chiều từ A đến Kchứ không cho dòng chạy ngược lại

2.3.2: LED.

LED là viết tắt của Light Emitting Diode , (có nghĩa là điốt phát quang) làcác diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũnggiống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với mộtkhối bán dẫn loại N

*Tính chất.

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3 V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao

Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

Chúng có tác dụng hiển thị điện áp DC hoac AC(tức là báo có dòng ra)

*Hình dáng , cấu tạo và ký hiệu:

2.3.3: Transistor

a Cấu tạo:

Gồm ba phiến bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N Nếu ghép theo thứ tự PNP thì ta có transistor thuận Ngược lại nếu ghép theo thứ tự NPN ta có transistor nghịch Về phương diện cấu tạo thì transistor tương đương với hai diode có dấu ngược chiều nhau

3 lớp đó được nối thành 3 cực: Lớp giữa gọi là cực gốc kí hiệu là B

(Base), còn hai lớp bên ngoài nối thành cực phát E (Emitter) và cực thu C (Collector) Cực B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, còn vùng bán dẫn E

và C có bán dẫn cùng loại (N hay P) nhưng có nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán đổi được

b.Nguyên tắc hoạt động của Transistor:

Đối với PNP ta xét hoạt động của nó theo hình vẽ sau

Hình 2.9.nguyên tắc hoạt động của transistor.

Điều kiện làm việc: VE > VB>VC

Trong trường hợp này hai vùng bán dẫn P-N của cực E và B giống nhưđiode được phân cực thuận nên dẫn điện,lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E

sẽ sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với eletron Khi vùng bán dẫn Ncủa cực B có thêm lỗ trống nên có điện tích dương Cực B được lối vào điện

áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trống trong vùng bán dẫn N xuống vàtạo thành dòng điện IB Cực C được nối vào điện áp âm cao hơn nên hút hầuhết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P của cực C tạo thànhdòng điện IC Cực E được nối vào điện áp dương nên khi vùng bán dẫn P bịmất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ nguồn dương lên thế chỗ tạo thành dòng điện

+Chân 6: Chân Xuất

+Chân 7: Chân Điện Nguồn +V

+Chân 8: Không Dùng

b.Đặc điểm

Nguồn điện áp cung cấp

Điện áp đầu vào phổ

Hoạt động trong môi

trường xung quanh

1N4007 C2383

LED2 1N4007

1N4007

LED1 VR10K

VR10K

6V Dz

+

IC4 UPC741

+

IC3 UPC741

+

IC2 UPC741

+

IC1 UPC741

1k2 22k

10k

10k 15k

Chương 3 : SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 3.1 Sơ đồ mạch cấp nguồn một chiều 12V cho ắc quy

21

- R5, DZ6V: Tạo điện áp chuẩn.

- LED1: Báo điện áp thấp

- LED2: Báo điện áp cao

- LED3: Báo chế độ nạp

3.2 Nguyên lý làm việc của mạch điện

Điện áp vào AC220V qua tiếp điển thường đóng của rơ le vào cuộn dây

sơ cấp máy biến áp, cuộn dây thứ cấp ra 14,5VAC qua cầu chỉnh lưu tạothành điện áp DC, lọc bởi tụ điện C1, C2 tạo thành điện áp nạp cho ắc quy vànguồn nuôi cho mạch điều khiển

Giả sử ắc quy 12V nạp sau thời gian đủ điện đạt khoảng 14V5 (áp cao),đầu ra VR1, VR2 đạt mức cao qua R8, R9 vào đầu vào (+) của IC1,2 làm chođầu ra lên mức cao qua R12, R13 vào đầu vào (-) của IC3, đầu vào (+) củaIC4 Đầu ra IC3 đạt mức thấp LED1 không sáng, D1 không dẫn, đầu ra IC4đạt mức cao LED2 sáng (báo ắc quy đầy điện), D2 dẫn vào B của TransistorC2383 có điện áp cao Transistor C2383 dẫn bào hòa, cuộn dây rơ le được cấpđiện, tiếp điểm rơ le mở ra, mất điện vào cuộn dây sơ cấp máy biến áp mạch

về chế độ ngừng nạp

Giả sử ắc quy 12V hỏng điện áp thấp đạt khoảng 8V (áp thấp), đầu raVR1, VR2 đạt mức thấp qua R8, R9 vào đầu vào (+) của IC1,2 làm cho đầu raxuốn mức thấp qua R12, R13 vào đầu vào (-) của IC3, đầu vào (+) của IC4.Đầu ra IC4 đạt mức thấp LED2 không sáng, D2 không dẫn, đầu ra IC3 đạtmức cao LED1 sáng (báo ắc quy điện áp quá thấp),D1 dẫn, vào B củaTransistor C2383 có điện áp cao Transistor C2383 dẫn bào hòa, cuộn dây rơ

le được cấp điện, tiếp điểm rơ le mở ra, mất điện vào cuộn dây sơ cấp máybiến áp mạch về chế độ ngừng nạp

Giả sử điện áp ắc quy đạt khoảng hơn 8V, mạch làm việc bình thườngđầu ra IC3, IC4 đều mức thấp D1, D2 không dẫn Transistor C2383 khôngdẫn, LED3 sáng, rơ le không tác động, tiếp điển thường đóng cấp điện chomáy biến áp nạp

Sơ đồ mạch in (lắp ráp)

Mạch in :

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP

4.1 Các yêu cầu chung

Yêu cầu chung về dây quấn có thể chia thành hai loại yêu cầu sau đây: yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo.

đó chất cách điện sẽ bị nóng qúa mà chóng hư hỏng hoặc bị già hóa làm cho

nó mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện

Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện đạt từ 15đến 20 năm

4.1.2 Tính toán máy biến áp :

b, Tính toán dây quấn

Tiết diện dây sơ cấp là :