Bài giảng Nguồn điện thông tin

Bài giảng Nguồn điện thông tin

TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

TRƯỜNG TRUNG HỌC BCVT VÀ CNTT MIỀN NÚI

Nguồn điện trong viễn thông giữ vai trò quan trọng đối với sự hoạt động của các thiết bị trong đài trạm Việc nghiên cứu tìm hiểu về nguồn điện sẽ giúp cho công tác vận hành khai thác cũng như khắc phục sự cố đem lại hiệu quả, góp phần đảm bảo sự làm việc ổn định của mạng lưới

V N P T

Để đáp ứng được nhu cầu thực tế sản xuất cũng như nhu cầu về học tập của học sinh và giảng dạy của giáo viên trong nhà trường, tôi đã biên soạn cuốn bài giảng

“NGUỒN ĐIỆN THÔNG TIN” dựa theo đề cương chương trình của: “TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM” ban hành

Đây là cuốn bài giảng chuyên về nguồn điện dùng cho các thiết bị viễn thông, tích hợp cả lý thuyết và thực hành Nội dung gồm bốn bài:

Bài 1: Tổng quan về hệ thống nguồn trong trạm viễn thông

Bài 2: Nguồn điện một chiều

Bài 3: Nguồn điện xoay chiều

Bài 4: Các tủ nguồn

Sau mỗi bài là một số câu hỏi, bài tập giúp hệ thống hoá kiến thức đã học

Hy vọng rằng, cuốn sách này phần nào giúp cho việc giảng dạy, học tập cũng như tham khảo được thuận lợi hơn

Mặc dù đã sưu tầm và tổng hơp nhiều tài liệu có liên quan trong quá trình biên soạn, song không tránh khỏi những thiếu só Vì vậy mong nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của bạn bè và đồng nghiệp để tài liệu này được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn !

Tác giả biên soạn

Bùi Tuấn Ngọc

1.5 Nhận biết các hệ thống của động cơ đốt trong 57

Bài 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NGUỒN

CHO TRẠM VIỄN THÔNG

Mục tiêu của bài:

Học xong bài này học sinh sẽ có khả năng trình bày đúng các yêu cầu đối với hệthống cấp nguồn cho trạm viễn thông, các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông

Hệ thống cung cấp điện cho thiết bị viễn thông có vị trí quan trọng nhất và có thểđược xem như là “trái tim„ của thiết bị

Trong những năm gần đây, lĩnh vực viễn thông phát triển nhanh chóng, ứng dụngnhiều công nghệ tiên tiến, hầu hết các thiết bị viễn thông, mạng lưới viễn thông đều làcác thiết bị công nghệ cao Do đó yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nguồn lại càng phảiđược quan tâm hơn, vì hoạt động của hệ thống nguồn không đảm bảo có thể sẽ làm chothông tin bị dán đoạn, điện áp ra của nguồn không ổn định hoặc quá lớn sẽ làm giảm chấtlượng thông tin và thậm chí gây hỏng các thiết bị

Vì vậy, hệ thống cung cấp điện viễn thông về cơ bản phải đảm bảo độ tin cậy, độ ổnđịnh, hiệu suất cao, ngoài ra phải đảm bảo tính gọn nhẹ

1.1 Độ tin cậy

Để đảm bảo thông tin thông suốt, ngoài việc nâng cao độ tin cậy của thiết bị viễnthông, còn cần phải nâng cao tính liên tục của hệ thống nguồn Thông thường, hệ thốngnguồn phải cung cấp điện cho nhiều thiết bị, vì vậy khi hệ thống nguồn gặp sự cố sẽ ảnhhưởng rất lớn đến tính liên tục của thông tin

Các quốc gia có ngành viễn thông phát triển đều coi độ tin cậy trong cung cấp điện

là yêu cầu quan trọng đối với hệ thống nguồn Những năm gần đây, do kỹ thuật vi điện tử

và kỹ thuật máy tính được ứng dụng nhiều trong thiết bị viễn thông, khi nguồn bị giánđoạn, có thể làm mất thông tin Đồng thời, do dung lượng thiết bị viễn thông đang tăngrất nhanh, khi nguồn bị gián đoạn sẽ gây ảnh hưởng rất lớn Ví dụ: Một trạm điện thoại

có dung lượng khoảng hai đến ba vạn thuê bao trở lên, khi nguồn bị mất sẽ gây tổn thấtkinh tế to lớn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh quốc gia

Để đảm bảo độ tin cậy cao cần phải cung cấp điện theo phương pháp kết hợp,những thiết bị viễn thông do nguồn xoay chiều cung cấp điện đều phải sử dụng nguồnxoay chiều liên tục Trong hệ thống cung cấp điện một chiều, cần sử dụng phương thứccung cấp điện mắc song song bộ chỉnh lưu và ắc quy Ngoài ra, còn cần phải nâng cao độtin cậy của các bộ nguồn Các bộ chỉnh lưu tiên tiến hiện nay đều mắc song song nhiều

bộ chỉnh lưu để nếu có bộ chỉnh lưu nào gặp sự cố sẽ không ảnh hưởng đến việc cung cấpđiện Hiện nay, thời gian không xảy ra sự cố bình quân của các bộ nguồn tiên tiến là haimươi năm

1.2 Độ ổn định

Các thiết bị viễn thông đều yêu cầu điện áp ổn định, không được vượt quá phạm vibiến động cho phép Điện áp nguồn quá cao sẽ gây tổn hại cho các linh kiện điện tử trongthiết bị viễn thông Ngược lại, nếu điện áp nguồn quá thấp, thiết bị viễn thông sẽ không

AC1BBD1

DC

AQ

BBD2

AC2TBVT

do nguồn ổn áp cung cấp

1.3 Hiệu suất cao

Cùng với việc tăng dung lượng của thiết bị viễn thông, tải của hệ thống nguồn cũngkhông ngừng tăng lên Để tiết kiệm điện năng, cần phải nâng cao hiệu suất của nguồn.Biện pháp tiết kiệm chủ yếu là sử dụng bộ nguồn có hiệu suất cao, trước đây, cácthiết bị viễn thông thường sử dụng bộ chỉnh điều khiển pha có hiệu suất tương đối thấp(<70%), máy biến áp tổn hao lớn Những bộ nguồn biến đổi dao động điều hoà có thể đạthiệu suất tới 90% trở lên, vì vậy bộ nguồn này đang ngày càng phổ biến

1.4 Gọn nhẹ

Cùng với sự phát triển và ứng dụng của mạch tổ hợp, thiết bị viễn thông đang pháttriển theo hướng giảm thiểu kích thước, tích hợp hoá Để thích hợp với sự phát triển này,các bộ nguồn cũng phải nhỏ gọn, tích hợp Ngoài ra, các thiết bị thông tin di động và cácthiết bị viễn thông trong hàng không vũ trụ cũng cần các bộ nguồn có thể tích nhỏ, trọnglượng nhẹ Để làm được điều đó, các bộ chuyển đổi với dải tần rộng được sử dụng rộngrãi trong các ổn áp tổ hợp, các máy biến áp Những năm gần đây, bộ đóng ngắt dao độngđiều hoà có tần số vài trăm kHz và kích thước vô cùng nhỏ đang được ứng dụng nhiềutrong thiết bị viễn thông

3 Các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông

Phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông phải đảm bảo được yêu cầu về độ ổnđịnh và tính liên tục Do đó, người ta thường dùng hệ thống cấp nguồn tổ hợp Hệ thốngcấp nguồn tổ hợp được chia làm hai loại, đó là hệ thống cấp nguồn có điện lưới và hệthống cấp nguồn không có điện lưới

2.3 Phương thức cấp nguồn có điện lưới quốc gia

Đối với các hệ thống thông tin đặt ở nơi gần đường dây điện lực thì phương án tối

ưu là sử dụng điện lưới làm nguồn cung cấp chính, đồng thời kết hợp với nguồn dựphòng là dùng tổ máy phát điện và tổ ắc quy (Hình 1.1)

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống cấp nguồn không có điện lưới

BA: máy biến áp

F: tổ máy phát điện

AQ: tổ ắc quy

TBCM: thiết bị chuyển mạch

TBĐK: thiết bị điều khiển

BBĐ1: bộ biến đổi điện áp xoay chiều/một chiều

BBĐ2: bộ biến đổi điện áp một chiều / xoay chiều

TBVT: thiết bị viễn thông

TBP: thiết bị phụ

Hệ thống này được nhận năng lượng điện từ hai nguồn Nguồn cung cấp chính lànguồn điện lưới, nguồn dự phòng là tổ máy phát điện và tổ ắc quy Để sử dụng kết hợphai nguồn cung cấp này, người ta dùng thiết bị chuyển mạch (có thể điều khiển bằng tayhoặc tự động) Khi chuyển mạch ở vị trí 1, hệ thống nhận năng lượng từ điện lưới cungcấp Trong quá trình vận hành, nếu vì một lý do nào đó điện lưới gặp sự cố ngừng cungcấp điện thì chuyển mạch sẽ chuyển sang vị trí 2, lúc này máy phát sẽ tiếp tục cấp nguồncho hệ thống

Trong quá trình hệ thống sử dụng một trong hai nguồn cung cấp nói trên thì ắc quyđược nạp đệm Khi cả hai nguồn này đồng thời ngừng cung cấp thì ắc quy sẽ cung cấpđiện cho hệ thống

2.4 Phương thức cấp nguồn không có điện lưới quốc gia

Đối với các trạm viễn thông đặt ở những nơi không có đường dây điện lưới đi quanhư: rừng, núi, hải đảo, thường tổ chức hệ thống cấp nguồn như sau:

F: tổ máy phát điện

FG: máy phát điện sức gió

PMT: pin mặt trời

AQ: tổ ắc quy

TBĐK: thiết bị điều khiển

TBXLCS: thiết bị xử lý công suất

BBĐ1, BBĐ3: bộ biến đổi điện áp xoay chiều/một chiều

BBĐ2: bộ biến đổi điện áp một chiều/xoay chiều

TBVT: thiết bị viễn thông

TBP: thiết bị phụ

Hệ thống này sử dụng máy phát điện bằng sức gió, pin mặt trời, ắc quy và tổ máyphát điện Mục đích của hệ thống này là lợi dụng các ưu điểm của từng nguồn riêng rẽnhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao và lợi dụng triệt để điều kiện địa lý tại nơi đặt trạm, bổxung và hỗ trợ cho nhau (Hình 1.2)

- Pin mặt trời gồm các modul đấu nối tiếp và song song để đạt công suất yêu cầu vàphối hợp với các nguồn năng lượng khác trong hệ thống Khi có nắng, pin mặt trời bảođảm việc cung cấp năng lượng, nếu dư thừa năng lượng sẽ nạp cho ắc quy

- Máy phát điện bằng sức gió không trực tiếp cấp nguồn cho thiết bị trong trạm màchỉ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy

- Tổ máy phát điện sẽ cung cấp cho trạm viễn thông và nạp cho ắc quy khi cácnguồn nói trên ngừng cung cấp

Sự hoạt động của hệ thống như sau:

Bình thường, pin mặt trời và máy phát điện bằng sức gió cùng với ắc quy phối hợpcấp nguồn cho trạm còn tổ máy phát điện làm nhiệm vụ dự phòng Do công suất của pinmặt trời và máy phát điện bằng sức gió có công suất nhỏ và độ ổn định không cao nênphải thông qua thiết bị xử lý công suất trước khi cấp cho hệ thống, năng lượng dư sẽđược nạp cho ắc quy Trong thời gian năng lượng nắng, gió không đủ cung cấp thì ắc quy

sẽ cấp nguồn, nếu tình trạng này kéo dài, ắc quy phóng tới mức tối thiểu cho phép thì tổmáy phát điện sẽ phát điện cấp nguồn cho hệ thống, đồng thời nạp điện cho ắc quy

Trên đây là hai phương thức cấp nguồn tổ hợp hiện nay đang và sẽ được dùng phổbiến Tuy nhiên, tuỳ tình hình cụ thể của từng khu vực đặt trạm viễn thông mà người ta

có thể kết hợp sao cho vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa đảm bảo tính kinh tế

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Hệ thống cấp nguồn cho trạm viễn thông cần phải có yêu cầu cơ bản như thế nào?Tại sao?

2 Trình bày phương thức cấp nguồn có điện lưới?

3 Trình bày phương thức cấp nguồn không có điện lưới?

Bài 2: NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU

Mục tiêu của bài:

Học xong bài này, học sinh sẽ có khả năng:

- Trình bày đúng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ắcquy axit, pin mặt trời, các hệthống chỉnh lưu

- Bảo dưỡng và đấu nối được tổ ắcquy

- Bảo dưỡng, đấu nối pin mặt trời

Lúc đầu, ắc quy được đấu vào nguồn điện một chiều để biến đổi điện năng thànhhóa năng (quá trình tích điện), sau đó ắc quy trở thành nguồn điện có khả năng cung cấpđiện năng cho tải (quá trình phóng điện)

Ắc quy là nguồn điện hóa học có tính chất thuân nghịch, vừa là nguồn điện (khiphóng điện) vừa là thiết bị dùng điện (khi nạp điện)

1.2 Cấu tạo

Về cơ bản ắc quy gồm: vỏ, bản cực và dung dịch điện phân (Hình 2.1)

- Vỏ ắc quy làm nhiệm vụ chứa các cực bản,

dung dịch điện phân, các tấm cách và lưới bảo vệ Vỏ

ắc quy thường làm bằng nhựa cứng polivinin hay

polietylen Vỏ thường có dạng hình hộp chữ nhật

hoặc hình vuông và được chia làm nhiều ngăn tùy

theo yêu cầu mức điện áp sử dụng, thường là 3 ngăn

hoặc 6 ngăn, dưới đáy ngăn có các gờ nhỏ để đỡ các

tấm cực đồng thời tạo nên các rãnh để chứa các bột

chì từ bản cực rơi xuống trong quá trình làm việc

tránh gây ngắn mạch các bản cực Phía trên các ngăn

có nắp đậy, mỗi nắp có lỗ rót dung dịch và có nút

xoáy

- Bản cực: bản cực của ắc quy axit là những tấm khung xương chì hình mắt lưới, đó

là hợp kim chì 94% và antimon 6% để tăng độ cứng của khung mắt lưới Khung xươngchì làm bản cực dương dày hơn khung xương chì làm bản cực âm Bản cực dương đượcbao phủ bột ôxit chì PbO2 (có màu nâu) còn bản cực âm được bao phủ bột chì Pb (có màuxám)

Để tăng dung lượng ắc quy, người ta dùng nhiều bản cực cùng loại đấu chung thànhmột nhóm tạo thành nhóm bản cực dương và nhóm bản cực âm, mỗi nhóm này đều đưa

ra một cực chung và được đánh dấu cực (+) và cực (-) của ắc quy Các bản cực được cài

Hình 2.1: Cấu tạo ắc quy Axit

(PbO)

xen kẽ nhau, giữa chúng có tấm cách điện xốp và tất cả được đặt chắc chắn trong vỏ cóchứa dung dịch điện phân.

- Dung dịch điện phân có nhiệm vụ cùng với các bản cực tạo nên các phản ứng hóahọc để thực hiện chuyển hóa năng lượng từ điện năng thành hóa năng (khi ắc quy nạpđiện) và từ hóa năng thành điện năng (khi ắc quy phóng điện) Dung dịch điện phân làaxit sulfuaric H2SO4 pha với nước cất có tỷ trọng 1,18g/cm3 đến 1,26g/cm3

1.3 Nguyên lý làm việc

- Quá trình phóng điện:

Khi nối 2 cực của ắc quy đã nạp no với phụ tải thì ắc

quy sẽ cho dòng điện qua phụ tải gọi là ắc quy phóng điện

(Hình 2.2) Ở mạch ngoài, dòng điện sẽ đi từ cực dương

qua tải sang cực âm còn trong dung dịch, SO4 trong dung

dịch sẽ dịch chuyển về phía cực âm tác dụng với Pb để tạo

thành PbSO4 giải phóng ra điện tử, còn H+ trong dung dịch

sẽ dịch chuyển về phía cực dươngtác dụng với PbO2 nhận

thêm điện tử tạo thành PbSO4

Ta có phương trình phản ứng hóa học như sau:

+ Ở cực âm:

Pb + SO4 → PbSO4 + 2e

+ Ở cực dương:

PbO2 + 2H+ + H2SO4 + 2e → PbSO4 + 2H2O

+ Phản ứng hóa học của quá trình phóng điện diễn ra như sau:

Pb+ 2H2SO4 + PbO2 → PbSO4 + 2H2O + PbSO4

(-) (dung dịch) (+) (-) (dung dịch) (+)

Từ phương trình, ta thấy khi phóng điện cả 2 cực dương và âm đều chuyển hoáthành chì sulfat PbSO4 còn dung dịch chuyển hoá dần thành nước Điều này sẽ làm chosức điện động của ắc quy bị giảm dần

- Quá trình nạp điện:

Khi ắc quy hết điện, để phục hồi sức điện động và

dung lượng của ắc quy thì phải nạp điện cho ắc quy bằng

cách nối các cực của ắc quy với các cực cùng tên của nguồn

điện một chiều (Hình 2.3)

Khi đó sẽ xuất hiện dòng điện nạp (in) đi từ cực (+)

máy nạp đến cực (+) ắc quy về cực (-) của ắc quy đến cực

(-) máy nạp Lúc này ion dương H+ đi theo chiều dòng điện

về cực (-) của ắc quy, còn ion SO4 đi ngược chiều dòng về

+ Tại cực âm, ion dương H+ tác dụng với PbSO4 theo phản ứng:

2H+ + PbSO4 + 2e → H2 SO4 + Pb

+ Phản ứng hóa học của quá trình nạp điện diễn ra như sau:

PbSO4 + 2H2O + PbSO4 → PbO2 + 2H2SO4 + Pb

(+) (dung dịch) (-) (+) (dung dịch) (-)

Từ phương trình trên ta thấy rằng:

Trước khi nạp điện cả hai cực đều là chì sunfat (PbSO4), khi nạp điện thì cực dươngtrở thành chì điôxit (PbO2), cực âm trở thành chì nguyên chất (Pb) nồng độ dung dịchtăng và trong ắc quy hình thành sức điện động Cuối quá trình nạp, sức điện động của ắcquy có thể lên đến 2,6V đến 2,7V, đồng thời có bọt khí thoát ra (hiện tượng ắc quy sôi)lúc này ta cần kết thúc quá trình nạp, nếu tiếp tục nạp thì dòng điện chỉ có tác dụng phântích nước thành H2 và O2 bay hơi, hao tổn năng lượng và giảm tuổi thọ ác quy

1.4 Các đại lượng đặc trưng của ắcquy

1.4.1 Dung lượng

Dung lượng của bình ắc quy (Q) thường được tính bằng ampe giờ (AH) AH là tích

số giữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi tuỳ theonhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch, vàđiện thế cuối cùng sau khi phóng

1.4.2 Sức điện động

Sức điện động của nguồn điện một chiều là điện áp đo được giữc 2 đầu cực của ắcquy khi hở mạch Đơn vị của sức điện động là Vol

Ví dụ: Ta có bộ nguồn đấu ghép 4 bình ắc quy loại 12V, mà ta đo được điện áp giữa

2 đầu cực của bộ nguồn là 48 Vol thì sức điện động của bộ nguồn là E=48Vol

1.4.3 Dòng phóng định mức

Dòng phóng định mức là dòng điện phóng của ắc quy qua tải có giá trị bằng mộtphần mười dung lượng của ắc quy

Ipđm = 1 Q10

1.4.4 Công suất

Là đại lượng được xác định bằng tích của sức điện động của ắc quy với dòng điệnqua đó

P= EITrong đó: P là công suất của ắc quy

E là sức điện động của ắc quy

I là dòng một chiều chảy qua ắc quy

1.5 Các chướng ngại của ắcquy axit

- Ắc quy axit thường có khối lượng nặng do các bản cực được làm bằng chì Ngoài

ra, nếu để ắc quy phóng tới dưới mức điện áp cuối quá sâu hoặc không sử dụng trong một

thời gian dài sẽ làm cho các bản cực bị sulfat hoá sâu dẫn đến dung lượng ắc quy bị giảm

và việc phục hồi dung lượng là khó khăn (Giá trị điện áp cuối là 1,7V)

- Khi ắc quy đã được nạp điện no, nếu ta vẫn tiếp tục nạp thì dung dịch điện phân sẽsôi mãnh liệt, điều này có thể làm cho các bản cực bị cong vênh hoặc chất hữu hiệu trêncác bản cực sẽ bị rơi rụng xuống Đây cung là một nguyên nhân dẫn đến giảm dunglượng của ắc quy

Để thực hiện nội dung này, cần chuẩn bị cỏc thiết bị, vật tư sau:

 Máy nạp ắc quy loại 60V DC có điều chỉnh 1 máy công suất 1000W

 Axit H2SO4 đậm đặc tỷ trọng 1,83g/cm3 5l

 Ca thủy tinh hoặc ca nhựa khoảng 1,5l 2 cái

 Dụng cụ bảo hộ (Kính, khẩu trang, quần áo bảo hộ, áo bạt, ủng, găng tay cao su,

mũ bảo hộ)

1.6.1 Sử dụng ắc quy

Trong quá trình sử dụng ắc quy phải tuân theo các quy định sau:

- Khi phóng điện:

+ Ắc quy phải được nạp đủ điện trước khi dùng

+ Không nên để ắc quy phóng với dòng quá nhỏ kéo dài

+ Không nên cho ắc quy phóng với dòng quá lớn, trường hợp cần thiết như khởiđộng máy thì mỗi lần chỉ nên phóng trong vòng 3 đến 5 giây và mỗi lần phóng cách nhau

30 giây

+ Không cho ắc quy phóng dưới điện áp cuối quá sâu

- Sử dụng ắc quy khi nạp điện:

+ Cho dù ắc quy phóng trong trường hợp nào thì mỗi tháng phải được nạp thườngmột lần để ắc quy khỏi bị sulfat hóa và cứ 6 tháng một lần phải cho ắc quy phóng một lầnvới suất phóng 10 giờ

+ Khi đấu nối tiếp các ắc quy phải đảm bảo cùng dung lượng

+ Khi đấu song song các ắc quy phải đảm bảo cùng dung lượng, cùng điện áp

+ Khi đấu hỗn hợp thì phải đảm bảo các nhánh có cùng dung lượng,cùng điện áp+ Không được thường xuyên nạp điện quá mức cho ắc quy vì dung dịch sủi bọtnhiều sẽ làm rơi rụng chất hữu hiệu, làm giảm dung lượng và tuổi thọ của ắc quy.

- Ắc quy mới mua về cần bóc bỏ tấm băng dính bảo vệ, sau đó dùng phễu thủy tinh

và ca nhực đổ điện dịch vào ắc quy, điện dịch phải đảm bảo tỷ trọng trong khoảng 1,20đến 1,25 g/cm3 tùy theo loại ắc quy cố định hay di động Mức điện dịch phải cao hơn cáctấm cực bản là 1,5 đến 2 cm Sau đó để yên tĩnh trong khoảng 3 đến 4 giờ để chất điệndịch ngấm sâu vào trong các cực bản, lúc này tỷ trọng điện dịch có thể giảm xuống, đó làhiện tượng bình thường không cần điều chỉnh Sau đó, ta thực hiện nạp điện như sau:

- Bước 1: Đấu ắc quy với máy nạp chắc chắn, đúng cực tính rồi cấp nguồn phù hợpcho máy nạp

- Bước 2: Điều chỉnh dòng điện nạp theo chỉ dẫn của nhà chế tạo hoặc có thể điềuchỉnh bằng 7% dung lượng định mức của ắc quy (In = 7%Q)

Thời gian nạp phải kéo dài khoảng 16 đến 18 giờ liên tục Trong quá trình nạp, nếuthấy dung dịch bị cạn thì bổ sung nước cất, nếu nhiệt độ dung dịch tăng tới 400C thì ta cóthể giảm dòng nạp đi một nửa, đồng thời làm mát cho ắc quy cho tới khi nào nhiệt độdung dịch giảm xuống, ta lại tăng dòng điện nạp lên

* Nạp điện thường (nạp định kỳ):

Nạp điện thường để phục hồi đủ dung lượng cho ắc quy, thường được áp dụng trongmột số trường hợp như: ắc quy sau khi đã phóng hết dung lượng quy định (thường là75% dung lương định mức), ắc quy phóng không liên tục khoảng một tuần, hoặc ắc quykhông sử dụng trong vòng một tháng Khi đó, quy trình nạp thực hiện như sau:

- Bước 1: Kiểm tra và điều chỉnh mức dung dịch điện phân, nếu cần bổ sung thìphải dùng nước cất

- Bước 2: Đấu ắc quy với máy nạp chắc chắn, đúng cực tính rồi cấp nguồn phù hợpcho máy nạp

- Bước 3: Điều chỉnh dòng điện nạp theo chỉ dẫn của nhà chế tạo hoặc có thể điềuchỉnh bằng 10% dung lượng định mức của ắc quy (In = 10%Q) Quá trình này cũng phảithực hiện liên tục

Khi nào thấy dung dịch điện phân trong các ngăn sôi đều thì cứ khoảng 20 đến 30phút thì tiến hành đo kiểm tra tỷ trọng của dung dịch và điện áp của ắc quy một lần Nếuqua 2 đến 3 lần đo mà thấy tỷ trọng của dung dịch điện phân ổn định, điện áp trên mỗingăn đạt 2,6V đến 2,7V thì chứng tỏ ắc quy đã no và dừng quá trình nạp

* Nạp quá mức:

Đây là hình thức kéo dài thời gian nạp, trong quá trình nạp không được để dòng nạpquá lớn, điện áp không được quá cao Hình thức này thường được áp dụng trong một sốtrường hợp sau: Ắc quy phóng dưới mức điện áp cuối, ắc quy đã phóng hết dung lượng

và có thời gian để quá lâu chưa nạp lại, ắc quy thường xuyên phóng với dòng lớn quámức

Quy trình này được chia thành hai giai đoạn và có hai cách thực hiện

- Cách 1:

+ Giai đoạn đầu: Thực hiện như chế độ nạp điện thường

+ Giai đoạn sau: Khi kết thúc nạp thường, vẫn tiếp tục nạp cho ắc quy nhưng lúcnày phải giảm dòng nạp đi một nửa và duy trì trong khoảng 2 đến 4 giờ

- Cách 2:

+ Giai đoạn đầu: Nạp điện như chế độ nạp thường

+ Giai đoạn sau: Khi kết thúc nạp thường thì dừng nạp 1 giờ, sau đó lại nạp 1 giờvới dòng nạp In =Q/10 cho đến khi dung dịch sủi đều lại dừng nạp 1 giờ Sau đó lại tiếptục nạp như trên, cứ tiếp tục như thế 3 đến 4 lần cho đến lúc hễ cứ nạp là dung dịch lạisôi thì được Kiểm tra tỷ trọng dung dịch, điện áp và mức mức dịch lại lần nữa trước khingừng nạp rồi sau đó tháo ắc quy ra

Để thực hiện nội dung này, cần chuẩn bị cỏc thiết bị, vật tư sau:

Để tạo ra bộ nguồn có điện áp và dung lượng (dòng điện phóng) theo yêu cầu cầnphải đấu nối các bình ắc quy với nhau Có ba phương pháp đấu nối: nối tiếp, song song

và hỗn hợp Việc đấu nối được tiến hành theo các bước sau:

- Bước 2: Thực hiện đấu nối

 Đấu nối tiếp:

Mục đích để tạo ra bộ nguồn có điện áp lớn hơn điện áp trên các ắc quy thành phần.Phương pháp thực hiện:

+ Xếp đặt ắc quy lên giá theo mục đích đấu nối

+ Dùng cầu nối cực (-) của ắc quy này với cực (+) của ắc quy kia hoặc ngược lại.

Cứ như vậy đến ắc quy cuối cùng, hai cực còn lại trên ắc quy đầu tiên và ắc quy cuốicùng là hai cực của bộ nguồn (Hình 2.4)

Điều kiện đấu nối tiếp là các ắc quy phải cùng dung lượng: Q1 = Q2 = Q3 = = Qn

Công thức tính toán khi nối tiếp:

Điện áp tổng của bộ nguồn: U∑ = U1 + U2 + U3 + + Un = n i

i=1U = nUi

Dung lượng của bộ nguồn: Q∑ = Q1 = Q2 = Q3 = = Qn = Qi

Dòng điện phóng định mức của bộ nguồn: Ip ∑= Q∑/10

Nội trở trong của bộ nguồn: R0 = r01 + r02 + r03 + r0n= n 0i

i=1rTrong đó: n là số bình ắc quy mắc nối tiếp

 Đấu song song:

Mục đích tạo nên bộ nguồn có dung lượng phóng lớn hơn ắc quy thành phần

Phương pháp thực hiện:

+ Xếp đặt ắc quy lên giá theo mục đích đấu nối

+ Dùng cầu nối: Nối chung cực âm (-) của tất cả ắc quy với với nhau, cực dương(+) của các ắc quy với nhau (Hình 2.6) Cực âm chung và dương chung chính là hai cựccủa bộ nguồn

Điều kiện đấu song là các ắc quy phải có cùng điện áp và cùng dung lượng:

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý đấu nối tiếp

Hình 2.6: Đấu song song ắc quy

Dòng điện phóng của bộ nguồn: Ip= Q∑/10

Nội trở trong của bộ nguồn: R0 = r01 /m = r02 /m = r03 /m = = r0n /m = r0j /m

Trong đó m số nhánh song song của bộ nguồn

 Đấu hỗn hợp:

Mục đích là tạo ra bộ nguồn có điện áp và dung lượng lớn hơn điện áp và dunglượng của ắc quy thành phần

Phương pháp thực hiện:

- Đấu nối tiếp ắc quy thành từng nhánh có điện áp theo yêu cầu

- Đấu song song các nhánh đó lại thành để có dung lượng theo yêu cầu (Hình2.8)

Số ắc quy mắc nối tiếp trên một nhánh là n và số nhánh đấu song song là m

Điều kiện là các ắc quy phải có cùng điện áp và cùng dung lượng:

Qnj là dung lượng trên nhánh thứ j

r0 là điện trở trong của ắc quy

- Bước 3: Nối tải

Đấu nối các cực của ắc quy với các cực cùng tên của tải phù hợp Đảm bảo tiếp xúctại các vị trí đấu nối phải chắc chắn.

- Bước 4: Nhận xét

Sau mỗi phương pháp đấu nối, tiến hành kiểm tra:

+ Đo điện áp của từng ắc quy

+ Đo điện áp của từng nhánh

+ Đo điện áp của bộ nguồn

Bán dẫn n

Bán dẫn p

Điện cực mặt trên

Điện cực mặt dướiLớp tiếp giáp

Hình 2.10: Cấu tạo pin mặt trời

- Điện cực: Để dẫn điện ra phụ tải thì trên mỗi mặt ghép p-n phải có các điện cực.Vật liệu làm điện cực phải vừa có độ dẫn điện tốt, vừa có độ bám dính tốt vào chất bándẫn, bởi thế, điện cực thường được chế tạo gồm ba lớp: Titan (Ti), Paladi (Pe) và bạc(Ag)

+ Lớp Titan: Là lớp ở trong cùng, tiếp xúc trực tiếp với chất bán dẫn vì Titan bámdính rất tốt với Si

+ Lớp bạc: Là lớp ở vị trí ngoài cùng có tính dẫn điện tốt và dễ hàn nối

+ Lớp Paladi: Là lớp ở giữa của điện cực có tác dụng ngăn cách giữa lớp Titan vàbạc, vì nếu để hai lớp này tiếp xúc trực tiếp thì chúng sẽ phản ứng hoá học với nhau gâyhỏng điện cực

Để tạo sự liên kết tốt giữa các lớp của điện cực thì sau khi chế tạo, người ta phải ủtrong nhiệt độ từ 5000C đến 6000C Ngoài ra, đối với điện cực ở mặt trên của pin cần phảiđảm bảo hài hoà giữa vấn đề che sáng và điện trở của điện cực Thông thường điện cực

đó được tạo dưới dạng mắt lưới có độ che không quá 10% diện tích mặt pin

- Lớp chống phản xạ: Trong quá trình làm việc, nếu sự phản xạ ánh sáng càng nhiều

sẽ làm cho hiệu suất của pin càng giảm Vì vậy, để chống phản xạ cho pin thì phải phủmột hoặc hai lớp SiO2 hay TiO2 ở ngoài pin

Do sức điện động của pin mặt trời nhỏ (khoảng 0,5V) nên khi chế tạo phải đấu nốinhiều pin với nhau thành dạng tấm (còn gọi là modul pin mặt trời) Vì pin phải làm việcngoài trời nên để bảo vệ và tăng tuổi thọ của pin thì mặt trên của các tấm pin phải đượcphủ một lớp chất dẻo trong suốt, thường là: Polyvinyl butirat (PVB) hoặc Etylen Vinylaxetat (EVA) và trên cùng là tấm thuỷ tinh

2.2 Nguyên lý hoạt động

Để phân tích nguyên lý làm việc của pin mặt trời, phải xét trên sơ đồ nguyên lý(Hình 2.11) Như đã biết, khi cho hai chất bán dẫn p và n tiếp xúc với nhau thì điện tử từbán dẫn n sẽ khuếch tán sang bán dẫn p, còn lỗ trống của bán dẫn p sẽ khuếch tán mộtcách tương đối sang bán dẫn n Kết quả là ở miền tiếp giáp của bán dẫn n tích điện dươngcòn miền tiếp giáp của bán dẫn p tích điện âm Trong miền tiếp giáp hình thành một điệntrường (gọi là điện trường tiếp xúc - Etx) và do đó có một điện áp tiếp giáp (còn gọi làđiện áp tiếp xúc - Utx) Lúc đầu, điện trường tiếp giáp tăng nhanh, nhưng khi đủ lớn sẽngăn cản sự khuếch tán của các điện tử và lỗ trống qua miền tiếp giáp (trạng thái cânbằng động)

Do các hạt dẫn khuếch tán sang các phía đối diện nên ở miền tiếp giáp, nồng độ cáchạt dẫn là rất nhỏ hay có thể nói điện trở của miền tiếp giáp ở điều kiện bình thường là rấtlớn Điện trường Etx và điện áp Utx chỉ tồn tại trong miền tiếp giáp, vì thế trong điều kiệnbình thường, nếu nối các đầu bán dẫn n và p với nhau bằng một dây dẫn thì trong dây vẫnkhông có dòng điện chạy qua

Bây giờ, nếu chiếu ánh sáng vào bề mặt lớp tiếp giáp thì các điện tử và lỗ trốngquang sẽ nhận được năng lượng và trở thành các hạt dẫn tự do Các hạt dẫn này được Etx

gia tốc về các phía đối diện (lỗ trống về phía bán dẫn p còn điện tử về phía bán dẫn n).Kết quả là tạo ra một sức điện động gọi là sức điện động quang điện Nếu nối các đầu bándẫn n và p với một phụ tải thì sẽ có dòng điện chạy qua Sức điện động này phụ thuộcvào bản chất các chất bán dẫn, vào nhiệt độ miền tiếp giáp, vào bước sóng và cường độánh sáng Hiện tượng xuất hiện sức điện động quang điện khi chiếu ánh sáng vào tiếpgiáp p-n được gọi là hiệu ứng nội quang điện

Như vậy, một tiếp giáp p-n khi được chiếu ánh sáng có thể trở thành một nguồnđiện cho ra một công suất hữu ích Hiệu ứng nội quang điện trên các tiếp giáp p-n đãchuyển hoá quang năng thành điện năng được gọi là pin quang điện Nếu sử dụng pinquang điện để chuyển hoá bức xạ mặt trời thành điện năng thì pin đó được gọi là pin mặttrời

Etx

+++++++

-

+++++++

-Ánh sáng

-AV

Ra)

b)

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời Khi chưa có ánh sáng chiếu

Khi có ánh sáng chiếu

2.3 Sơ đồ tương đương

- Khi chiếu ánh sáng vào pin mặt trời sẽ sinh ra một dòng quang điện Vì vậy, trướchết, pin mặt trời có thể xem tương đương như một nguồn dòng (j)

- Lớp tiếp giáp bán dẫn p-n có tính chỉnh lưu tương đương như một đi ốt (D)

- Đặc trưng cho dòng rò qua lớp tiếp giáp p-n tương đương như điện trở Sun (Rs)

- Đặc trưng cho điện trở của các lớp bán dẫn p-n, các điện cực, là một điện trở nốitiếp trong mạch có thể coi như điện trở trong của pin mặt trời (r0)

2.4 Đặc trưng Vôn – Ampe

Đặc tuyến Vôn – Ampe của pin mặt

trời có dạng như sau:

Trong đó:

In: Dòng điện ngắn mạch

Uh: Điện áp hở mạch

Imax, Umax: Là dòng điện, điện áp mà

tại đó tải tiêu thụ một công suất cực đại và

tại đó pin làm việc với công suất cực đại

2.5 Đấu nối pin mặt trời

Thời gian: 2h

Để tạo ra bộ nguồn có điện áp và công suất theo yêu cầu cần phải đấu nối các modulpin mặt trời với nhau Tương tự như đấu nối ắc quy cũng có ba phương pháp đấu nối: nốitiếp, song song và hỗn hợp Việc đấu nối được tiến hành theo các bước sau:

- Bước 2: Thực hiện đấu nối giữa các modul

 Đấu nối tiếp:

Mục đích để tạo ra bộ nguồn có điện áp lớn hơn điện áp trên mỗi modul thành phần.Phương pháp thực hiện:

+ Xếp đặt các modul lên giá theo mục đích đấu nối.

+ Dùng cầu nối cực (-) của modul này với cực (+) của modul kia hoặc ngược lại

Cứ như vậy đến modul cuối cùng, hai cực còn lại trên modul đầu tiên và modul cuối cùng

là hai cực của bộ nguồn (Hình 2.14)

Công thức tính toán khi nối tiếp:

Điện áp tổng của bộ nguồn: U∑ = U1 + U2 + U3 + + Un = n i

i=1

U

Dòng điện cấp cho tải của bộ nguồn: I∑= I1 = I2 = I3 = = In

Công suất của cả bộ: P∑ = U∑I∑ =

n i i=1IU = n i

i=1PNội trở trong của bộ nguồn: R0 = r01 + r02 + r03 + r0n= ∑r0i

Trong đó: n là số modul mắc nối tiếp

 Đấu song song:

Mục đích tạo nên bộ nguồn có khả năng đáp ứng với dòng qua tải lớn

Phương pháp thực hiện:

+ Xếp đặt modul lên giá theo mục

đích đấu nối

+ Dùng cầu nối: Nối chung cực âm (-)

của tất cả modul với với nhau, cực dương (+)

của các modul với nhau (Hình 2.15) Cực âm

chung và dương chung chính là hai cực của

m j j=1UI = m j

j=1PNội trở trong của bộ nguồn: R0 = r01 /m = r02 /m = r03 /m = = r0n /m = r0j /m

Trong đó m số nhánh song song của bộ nguồn

Như vậy, công suất của bộ nguồn trong cả hai trường hợp trên là như nhau

 Đấu hỗn hợp:

Mục đích là tạo ra bộ nguồn vừa có điện

áp lớn hơn điện áp modul thành phần và có khả

năng đáp ứng được dòng tải lớn

Phương pháp thực hiện (Hình 2.16):

- Đấu nối tiếp modul thành từng nhánh có

điện áp theo yêu cầu

- Đấu song song các nhánh đó lại theo yêu

cầu dòng cấp cho tải (Hình2.16)

Số modul mắc nối tiếp trên một nhánh là n

và số nhánh đấu song song là m

Điều kiện là các modul phải có cùng điện áp:

r0 là nội trở của mỗi modul

- Bước 3: Nối tải

Sau khi đấu nối nguồn song, nối các cực của nguồn với các cực cùng tên của tải phùhợp Đảm bảo tiếp xúc tốt tại các vị trí đấu nối

- Bước 4: Nhận xét

Sau mỗi phương pháp đấu nối, tiến hành kiểm tra:

+ Đo điện áp của từng modul

U

∑

Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý đấu hỗn hợp

U1 U2 U3 Un1

23m

a) Sơ đồ nguyên lý b) Giản đồ điện áp vào, ra

+

-+ Đo điện áp của từng nhánh

+ Đo điện áp của bộ nguồn

+ Đo dòng phóng của từng nhánh

+ Đo dòng phóng của bộ nguồn

+ Kết luận

- Giữ cho dàn pin luôn sạch sẽ, không có bụi, cát, lá cây, che phủ lên bề mặt pin

Vì nếu mặt dàn pin bị che phủ tại một vị trí nào thì sẽ có hiện tượng nung nóng cục bộlàm hư hỏng pin, đồng thời làm giảm khả năng bức xạ ánh sáng mặt trời tới pin

- Phía trước mặt pin phải có lưới bảo vệ, tránh trường hợp mặt kính của pin bị vỡ do

va đập với vật cứng Vì nếu mặt kính bị vỡ hoặc nứt thì nước sẽ xâm nhập vào trongmodul có thể dẫn tới ngắn mạch gây hỏng pin

- Giá đỡ dàn pin phải đảm bảo vững chắc (chịu được bão cấp 12)

- Hệ thống chống sét phải đủ độ tin cậy bảo vệ và được đo kiểm tra trước mỗi mùamưa bão

uv ~ là điện áp xoay chiều đầu vào

Ur là điện áp đầu ra (điện áp trên phụ tải)

D là điốt làm nhiệm vụ biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Rt là phụ tải

3.1.2 Nguyên lý làm việc

Giả sử điện áp vào là xoay chiều hình sin (Hình 2.17b)

- Tại thời điểm ban đầu (t = 0): Điện áp uv = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳdương Dòng điện và điện áp trên tải lúc này cũng bằng 0

- Từ thời điểm t = 0 đến t = π: Điện áp uv ở nửa chu kỳ dương Giả sử điện thế củanguồn tương ứng với thời điểm đó là dương ở điểm A và âm ở điểm B Đi ốt D đượcphân cực thuận nên dẫn dòng, dòng điện trong mạch sẽ chạy từ A qua D qua Rt về Bkhép kín mạch Tải có dòng điện đi qua nên sinh ra điện áp trên tải (Ur) khi đó có dạngcủa điện áp vào

- Tại thời điểm t = π: Điện áp uv = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm Dòngđiện và điện áp trên tải lúc này cũng bằng 0

- Từ thời điểm t = π đến t = 2π: Điện áp uv ở nửa chu kỳ âm Điện thế của nguồntương ứng với thời điểm này sẽ ngược lại so với trước, tức là dương ở điểm B và âm ởđiểm A Đi ốt D bị phân cực ngược nên khoá lại, mạch ngoài không có dòng điện chạyqua Không có dòng điện đi qua tải nên điện áp trên tải (Ur) ở thời điểm này bằng không

- Tại thời điểm t = 2π: Điện áp uv = 0 và lại bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương.Dòng điện và điện áp trên tải lúc này cũng bằng 0

Do điện áp vào có tính chu kỳ, nên từ thời điểm t = 2π trở đi, điện áp uv chuyển sangnửa chu kỳ dương và mạch làm việc hoàn toàn lặp lại

Như vậy, qua phân tích hơn một chu kỳ điện áp nguồn, ta xây dựng được giản đồdạng điện áp ra như hình 2.17b

+ Quan sát dạng của điện áp vào ra và xác định giá trị của chúng:

Bước 1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđm tới đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Bật máy hiện sóng

Bước 3: Đo dạng điện áp đầu vào bộ chỉnh lưu bằng máy hiện sóng và xác định

biên độ đỉnh của điện áp

Bước 4: Đo dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi không có tải thuần trở và khi có

tải thuần trở định mức và xác định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 5: Đấu tải dung kháng vào (Đấu tụ lọc nguồn).

Bước 6: Quan sát dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi có tải dung kháng và xác

định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 7: Rút ra nhận xét và kết luận.

+ Xác định giá trị của dòng điện vào, ra:

Bước1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđmvào đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế AC) đo dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 3: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế DC) đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 4: Đấu thêm bộ lọc điện dung vào trước tải

Bước 5: Đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

uv1~ là điện áp sơ cấp máy biến áp

Uv2~ là điện áp thứ cấp máy biến áp

Ur là điện áp ra trên tải

Đi ốt D1, D2 làm nhiệm vụ chỉnh lưu

Rt là phụ tải

3.2.2 Nguyên lý làm việc

Giả sử điện áp vào là xoay chiều hình sin (Hình 2.18b)

- Tại thời điểm ban đầu (t = 0): Điện áp uv2~ = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳdương Dòng điện và điện áp trên tải cũng bằng 0

-(-)

Hình 2.18: Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ

a) Sơ đồ nguyên lý b) Giản đồ điện áp vào, ra

a)

b)

uv2~

- Từ thời điểm t = 0 đến t = π: Điện áp uv2~ ở nửa chu kỳ dương, giả sử điểm a cóđiện thế dương nhất, điện thế ở điểm c âm nhất, điện thế ở điểm b âm hơn ở điểm a vàdương hơn ở điểm c Khi đó, điốt D1 được phân cực thuận nên dẫn dòng, điốt D2 bị phâncực ngược nên khoá Dòng điện chạy trong mạch khép kín theo đường từ điểm a qua D1

qua Rt về điểm b, điện áp ra trên tải là Ur có dạng của uv2~ (Hình 2.18b)

- Tại thời điểm t = π: Điện áp uv2~ = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm Dòngđiện và điện áp trên tải cũng bằng 0

- Từ thời điểm t = π đến t = 2π: Điện áp uv2~ ở nửa chu kỳ âm, lúc này điện thế cóchiều ngược lại so với lúc trước nên điểm a có điện thế âm nhất, điện thế ở điểm c dươngnhất, điện thế ở điểm b âm hơn ở điểm c và dương hơn ở điểm a Khi đó, điốt D2 đượcphân cực thuận nên dẫn dòng, điốt D1 bị phân cực ngược nên khoá Dòng điện chạy trongmạch khép kín theo đường từ điểm c qua D2 qua Rt về điểm b Như vậy, cực tính của điện

áp nguồn lúc này đã đổi dấu so với trước nhưng chiều dòng điện đi qua tải vẫn có chiềukhông đổi nên điện áp ra trên tải là Ur có dạng đảo của uv2~ (Hình 2.18b)

- Tại thời điểm t = 2π: Điện áp uv2~ = 0 và lại bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳdương Dòng điện và điện áp trên tải lúc này cũng bằng 0

Do điện áp vào có tính chu kỳ, nên từ thời điểm t = 2π trở đi, điện áp uv2~ chuyểnsang nửa chu kỳ dương và mạch làm việc hoàn toàn lặp lại

Như vậy, qua phân tích hơn một chu kỳ điện áp nguồn, ta xây dựng được giản đồdạng điện áp ra như hình 2.18b

+ Quan sát dạng của điện áp vào ra và xác định giá trị của chúng:

Bước 1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđm tới đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Bật máy hiện sóng

Bước 3: Đo dạng điện áp đầu vào bộ chỉnh lưu bằng máy hiện sóng và xác định

biên độ đỉnh của điện áp

Bước 4: Đo dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi không có tải thuần trở và khi có

tải thuần trở định mức và xác định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 5: Đấu tải dung kháng vào (Đấu tụ lọc nguồn).

Bước 6: Quan sát dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi có tải dung kháng và xác

định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 7: Rút ra nhận xét và kết luận.

+ Xác định giá trị của dòng điện vào, ra:

Bước1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđmvào đầu vào bộ chỉnh lưu.

Bước 2: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế AC) đo dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 3: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế DC) đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 4: Đấu thêm bộ lọc điện dung vào trước tải

Bước 5: Đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

Ur là điện áp ra trên tải

Đi ốt D1, D2, D3, D4 là các van chỉnh lưu

Rt là phụ tải

3.3.2 Nguyên lý làm việc

Giả sử điện áp vào là xoay chiều hình sin (Hình 2.19b)

- Tại thời điểm ban đầu (t = 0): Điện áp uv = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳdương Dòng điện và điện áp trên tải lúc này cũng bằng 0

- Từ thời điểm t = 0 đến t = π: Điện áp uv ở nửa chu kỳ dương Giả sử điện thế củanguồn tương ứng với thời điểm đó là dương ở điểm a và âm ở điểm b Đi ốt D1 và D2

được phân cực thuận nên dẫn dòng, còn D3 và D4 bị phân cực ngược nên khoá Dòng điên

trong mạch sẽ chạy từ a qua D1 qua Rt qua D2về b khép kín mạch Tải có dòng điện điqua nên sinh ra điện áp trên tải (Ur) khi đó có dạng của điện áp vào.

- Tại thời điểm t = π: Điện áp uv = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm Dòngđiện và điện áp trên tải lúc này cũng bằng 0

- Từ thời điểm t = π đến t = 2π: Điện áp uv ở nửa chu kỳ âm Điện thế của nguồntương ứng với thời điểm này sẽ ngược lại so với trước, tức là dương ở điểm b và âm ởđiểm a Đi ốt D1 và D2 bị phân cực ngược nên khoá lại, D3 và D4 được phân cực thuậnnên dẫn dòng Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ b qua D3 qua Rt qua D4về a khép kínmạch Ta thấy, cực tính của điện áp nguồn lúc này đã đổi dấu so với trước nhưng chiềudòng điện đi qua tải vẫn có chiều không đổi nên điện áp ra trên tải là Ur có dạng đảo của

+ Quan sát dạng của điện áp vào ra và xác định giá trị của chúng:

Bước 1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđm tới đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Bật máy hiện sóng

Bước 3: Đo dạng điện áp đầu vào bộ chỉnh lưu bằng máy hiện sóng và xác định

biên độ đỉnh của điện áp

Bước 4: Đo dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi không có tải thuần trở và khi có

tải thuần trở định mức và xác định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 5: Đấu tải dung kháng vào (Đấu tụ lọc nguồn).

Bước 6: Quan sát dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi có tải dung kháng và xác

định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 7: Rút ra nhận xét và kết luận.

+ Xác định giá trị của dòng điện vào, ra:

Bước1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđmvào đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế AC) đo dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

-+

+

t0

π t'

2 t' 3

t1 π t' t2 t3 t4

2 t' 3

UC2

Ur

UCmaxU

Bước 3: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế DC) đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 4: Đấu thêm bộ lọc điện dung vào trước tải

Bước 5: Đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

Giả sử điện áp vào là xoay chiều hình sin

Xét quá trình làm việc của tụ C1:

- Tại thời điểm ban đầu (t = 0): Điện áp uv = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳdương Điện áp trên tụ C1 lúc này cũng bằng 0

- Từ thời điểm t = 0 trở đi, điện áp uv ở nửa chu kỳ dương Giả sử điện thế củanguồn tương ứng với thời điểm đó là dương ở điểm a và âm ở điểm b Đi ốt D1 đượcphân cực thuận nên dẫn dòng, còn D2 bị phân cực ngược nên khoá Dòng điện trong mạch

sẽ chạy từ a qua D1 qua C1 về b khép kín mạch Như vậy ở thời điểm này tụ C1 được nạpnên UC1 sẽ tăng dần từ 0 đến giá trị cực đại (UCmax).

- Đến thời điểm t = t1, điện áp UC1 = UCmax, uv = UCmax và bắt đầu có xu thế giảmxuống, nên từ thời điểm này trở đi, tụ C1 bắt đầu phóng Điện áp UC1 sẽ giảm dần từ UCmax

UCmax xuống UCmin

Do điện áp vào có tính chu kỳ, nên từ thời điểm t = t3 trở đi, quá trình phóng, nạpcủa tụ C1 hoàn toàn lặp lại

Xét quá trình làm việc của tụ C2:

- Tại thời điểm t = π: Điện áp uv = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm Điện áp trên

tụ C2 lúc này cũng bằng 0

- Từ thời điểm t = π trở đi, điện áp uv ở nửa chu kỳ âm Điện thế của nguồn tươngứng với thời điểm này sẽ ngược lại so với thời điểm trước, nghĩa là âm ở điểm a vàdương ở điểm b Đi ốt D2 được phân cực thuận nên dẫn dòng, còn D1 bị phân cực ngượcnên khoá Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ b qua C2 qua D2 về a khép kín mạch Nhưvậy ở thời điểm này, tụ C2 được nạp nên UC2 sẽ tăng dần từ 0 đến giá trị cực đại (UCmax)

UCmax xuống UCmin

Do điện áp vào có tính chu kỳ, nên từ thời điểm t = t'

3 trở đi, quá trình phóng, nạpcủa tụ C2 hoàn toàn lặp lại

Như vậy, trong quá trình mạch làm việc, tụ C1 và C2 thay nhau phóng nạp và trởthành hai nguồn điện một chiều đấu nối tiếp Do phụ tải Rt nối song song với C1 và C2,nên điện áp trên tải Ur = UC1 + UC2 = 2UC Ta thấy điện áp tích trên hai tụ bằng 2 lần điện

áp tích trên mỗi tụ, ở dây cần chú ý rằng D1 và D2 chỉ làm nhiệm vụ nạp điện cho C1 và C2

theo dấu đã quy định chứ không đưa trực tiếp dòng điện một chiều ra tải

Qua phân tích hơn một chu kỳ điện áp nguồn, ta xây dựng được giản đồ dạng điện

áp ra như hình 2.20b

Nếu C1 và C2 càng lớn thì dòng điện ra tải càng bằng phẳng hơn và điện áp càng đạtgần tới UvCmax

- Thực hành:

+ Quan sát dạng của điện áp vào ra và xác định giá trị của chúng:

Bước 1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđm tới đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Bật máy hiện sóng

Bước 3: Đo dạng điện áp đầu vào bộ chỉnh lưu bằng máy hiện sóng và xác định

biên độ đỉnh của điện áp

Bước 4: Đo dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi không có tải thuần trở và khi có

tải thuần trở định mức và xác định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 5: Đấu tải dung kháng vào (Đấu tụ lọc nguồn).

Bước 6: Quan sát dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi có tải dung kháng và xác

định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 7: Rút ra nhận xét và kết luận.

+ Xác định giá trị của dòng điện vào, ra:

Bước1: Đấu điện áp xoay chiều định mức uđmvào đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế AC) đo dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 3: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế DC) đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 4: Đấu thêm bộ lọc điện dung vào trước tải

Bước 5: Đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

Giả sử điện áp vào là xoay chiều 3 pha (Hình 2.21b).

+ Từ thời điểm t = t1 đến t = t2: Điện áp pha aO dương nhất nên D1 phân cực thuận,các đi ốt còn lại phân cực ngược Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ a qua D1 qua Rt về O.Điện áp ra trên tải có dạng của uaO

+ Từ thời điểm t = t2 đến t = t3: Điện áp pha bO dương nhất nên D2 phân cựcthuận, các đi ốt còn lại phân cực ngược Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ b qua D2 qua Rt

về O Điện áp ra trên tải có dạng của uaO

+ Từ thời điểm t = t3 đến t = t4: Điện áp pha cO dương nhất nên D3 phân cực thuận,các đi ốt còn lại phân cực ngược Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ c qua D3 qua Rt về O.Điện áp ra trên tải có dạng của ucO

Do điện áp vào có tính chu kỳ nên từ thời điểm t = t4 trở đi, mạch làm việc hoàntoàn lặp lại Từ điều này cũng có thể suy ra rằng từ thời điểm t = 0 đến t = t1, điện áp trêntải có dạng ucO

Hình 2.21: Mạch chỉnh ba pha kiểu tia

a) Sơ đồ nguyên lý b) Giản đồ điện áp vào, ra

Như vậy, trong một chu kỳ của điện áp nguồn, 3 điôt đã thay nhau dẫn dòng, mỗiđiôt sẽ mở ở 1/3 chu kỳ và khoá ở 2/3 chu kỳ còn lại và kết quả ta sẽ được điện áp ra mộtchiều tương đối bằng phẳng như hình 2.21b.

+ Quan sát dạng của điện áp vào ra và xác định giá trị của chúng:

Bước 1: Đấu điện áp xoay chiều định mức Uđm tới đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Bật máy hiện sóng

Bước 3: Đo dạng điện áp đầu vào bộ chỉnh lưu bằng máy hiện sóng và xác định

biên độ đỉnh của điện áp

Bước 4: Đo dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi không có tải thuần trở và khi có

tải thuần trở định mức và xác định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 5: Đấu tải dung kháng vào (Đấu tụ lọc nguồn).

Bước 6: Quan sát dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi có tải dung kháng và xác

định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 7: Rút ra nhận xét và kết luận.

+ Xác định giá trị của dòng điện vào, ra:

Bước1: Đấu điện áp xoay chiều định mức Uđmvào đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế AC) đo dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 3: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế DC) đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 4: Đấu thêm bộ lọc điện dung vào trước tải

Bước 5: Đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

- Nguyên lý làm việc:

Tại thời điểm bất kỳ, trong mạch luôn có hai đi ốt được phân cực thuận, mỗi đi ốtnày thuộc một nhóm van Đi ốt ở nhóm katôt chung được nối với pha có điện áp dươngnhất tại thời điểm đó, còn đi ốt ở nhóm atôt chung được nối với pha có điện áp âm nhấttại thời điểm đó Các điốt còn phân cực ngược

Giả sử điện áp vào là xoay chiều 3 pha (Hình 2.22b)

+ Từ thời điểm t = t1 đến t = t2: Điện áp pha aO dương nhất nên D1 phân cực thuận,điện áp pha bO âm nhất nên D4 phân cực thuận Các đi ốt còn lại phân cực ngược Dòngđiện trong mạch sẽ chạy từ a qua D1 qua Rt qua D4 về b Điện áp ra trên tải có dạng của

Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ a qua D1 qua Rt qua D6 về c Điện áp ra trên tải có dạngcủa uac.

+ Từ thời điểm t = t3 đến t = t4: Điện áp pha bO dương nhất nên D3 phân cựcthuận, điện áp pha cO âm nhất nên D6 phân cực thuận Các đi ốt còn lại phân cực ngược.Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ b qua D3 qua Rt qua D6 về c Điện áp ra trên tải có dạngcủa ubc

+ Từ thời điểm t = t4 đến t = t5: Điện áp pha bO dương nhất nên D3 phân cựcthuận, điện áp pha aO âm nhất nên D2 phân cực thuận Các đi ốt còn lại phân cực ngược.Dòng điện trong mạch sẽ chạy từ b qua D3 qua Rt qua D2 về a Điện áp ra trên tải có dạngcủa uba

+ Từ thời điểm t = t5 đến t = t6: Điện áp pha cO dương nhất nên D5 phân cực thuận,điện áp pha aO âm nhất nên D2 phân cực thuận Các đi ốt còn lại phân cực ngược Dòngđiện trong mạch sẽ chạy từ c qua D5 qua Rt qua D2 về a Điện áp ra trên tải có dạng của

uca

+ Từ thời điểm t = t6 đến t = t7: Điện áp pha cO dương nhất nên D5 phân cực thuận,điện áp pha bO âm nhất nên D4 phân cực thuận Các đi ốt còn lại phân cực ngược Dòngđiện trong mạch sẽ chạy từ c qua D5 qua Rt qua D4 về b Điện áp ra trên tải có dạng của

ucb

+ Từ thời điểm t = t7 đến t = t8: Điện áp pha aO dương nhất nên D1 phân cực thuận,điện áp pha bO âm nhất nên D4 phân cực thuận Các đi ốt còn lại phân cực ngược Dòngđiện trong mạch sẽ chạy từ a qua D1 qua Rt qua D4 về b Điện áp ra trên tải có dạng của

uab

Do điện áp vào có tính chu kỳ nên từ thời điểm t = t8 trở đi, mạch làm việc hoàntoàn lặp lại Từ điều này cũng có thể suy ra rằng từ thời điểm t = 0 đến t = t1, điện áp trêntải có dạng ucb

Vậy, sau hơn một chu kỳ của điện áp nguồn, điện áp ra trên tải là điện áp một chiềunhư ở hình 2.22b

Nhìn vào hình vẽ điện áp ra sau chỉnh lưu thấy rằng, điện áp trên tải bằng phẳnghơn mạch chỉnh lưu 3 pha kiểu tia

+ Quan sát dạng của điện áp vào ra và xác định giá trị của chúng:

Bước 1: Đấu điện áp xoay chiều định mức Uđm tới đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Bật máy hiện sóng

Bước 3: Đo dạng điện áp đầu vào bộ chỉnh lưu bằng máy hiện sóng và xác định

biên độ đỉnh của điện áp

Bước 4: Đo dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi không có tải thuần trở và khi có

tải thuần trở định mức và xác định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 5: Đấu tải dung kháng vào (Đấu tụ lọc nguồn).

Bước 6: Quan sát dạng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu khi có tải dung kháng và xác

định biên độ đỉnh của điện áp

Bước 7: Rút ra nhận xét và kết luận.

+ Xác định giá trị của dòng điện vào, ra:

Bước1: Đấu điện áp xoay chiều định mức Uđmvào đầu vào bộ chỉnh lưu

Bước 2: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế AC) đo dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 3: Dùng đồng hồ đo dòng (Ampe kế DC) đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

khi có tải thuần trở

Bước 4: Đấu thêm bộ lọc điện dung vào trước tải

Bước 5: Đo dòng điện đầu ra bộ chỉnh lưu

Bước 6: Rút ra nhận xột và kết luận

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Nguyên lý làm việc và rút ra ưu khuyết điểm của mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ?

2 Đặc điểm làm việc và rút ra ưu khuyết điểm của mạch chỉnh lưu cả chu kỳ?

3 Nguyên tắc làm việc, ưu khuyết điểm của mạch 3 pha kiểu tia?

4 Nguyên lý làm việc của mạch 3 pha kiểu tia?

5 Nguyên tắc làm việc, ưu khuyết điểm của mạch 3 pha kiểu cầu?

6 Nguyên lý làm việc của mạch 3 pha kiểu cầu?

Bài 3: NGUỒN ĐIỆN XOAY CHIỀU

Mục tiêu của bài:

Sau khi học xong bài này, học sinh sẽ có khả năng:

- Trình bày đúng cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong, máy phát điệnđồng bộ ba pha

- Vận hành, bảo dưỡng được tổ máy nổ phát điện

cơ quay Cơ năng của động cơ đốt trong được ứng dụng vào rất nhiều các lĩnh vực như:truyền động cho ô tô, xe máy, Ngoài ra một trong những ứng dụng quan trong kháccủa động cơ đốt trong, đó là dùng làm động cơ sơ cấp truyền động cho máy phát trong tổmáy phát điện Trong lĩnh vực Viễn thông, để đảm bảo thông tin không bị gián đoạn thìngoài việc sử dụng một nguồn cung cấp chính, cần phải có các nguồn dự phòng, mà mộttrong những nguồn dự phòng không thể thiếu chính là tổ máy phát điện

- Dung tích toàn phần của xi lanh: Là thể tích khoảng trống giới hạn bởi nắp máy,thành xi lanh và đỉnh piston khi piston ở điểm chết dưới, ký hiệu là Va( đơn vị là cm3)

- Dung tích làm việc của động cơ là hiệu số giữa dung tích toàn phần của xi lanh vàdung tích buồng cháy, ký hiệu là Vh

Vh = Va - Vc (cm3)Ngoài ra, Vh còn được xác định bằng công thức:

2 3

( )4

tỷ số nén quá mức vì khi đó nhiệt độ cũng tăng cao sẽ làm cho hỗn hợp khí (nhiên liệu vàkhông khí) tự bốc cháy

1.3 Các hệ thống chính

1.3.1 Hệ thống trục khuỷu, thanh truyền

Hệ thống trục khuỷu, thanh truyền có nhiệm vụ biến nhiệt năng ở buồn cháy của động cơ thành cơ năng trên trục khuỷu Cấu tạo của hệ thống gồm: Thân máy, cơ cấu truyền lực

Hình 3.1: Thân máy

Nắp xylanh Khối xylanh Cacte trên Các te dưới