Đồ án thiết kế và chế tạo bộ nguồn nạp ắc quy tự động cho 10 ắc quy 12v dung lượng 60ah luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Luận văn, đồ án tốt nghiệp, đề tài tốt nghiệp

Trang 1

Đề án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

đề tài :thiết kế và chế tạo bộ nguồn nạp ắc quy tự động cho 10

ắc quy 12v dung lượng 60ah

Trang 2

Mục lục

IUE20ni 0 4

Chương I: giới thiệu chung về ắc quy wd

2 Yêu cầu cho việc nạp ắc quy - 22 1222222222111 1 1155155552111 11 re 7 2.Ï ÁC QUY HH nh nh Ki KT Ki Ki Ki TK Ki tà tà ki nà ni nà tà net 7 2.2 Qúa trình biến đổi năng lượng trong ắc quy axit -++++++c++sss+se 7 2.3 Các đặc tính của ắc quy - c2 2111111112121 11 1111111552211 1 1k re §

3 Các phương pháp nạp ắc quy tự động - - ¿+ 22-2211 1 csssssssszey 12 3.1 Nạp bằng điện dòng điện không

3.2Nạp bằng điện áp không đồi - 2 2 1121222222211 111111121 xxx 13 3.3Nạp bằng dòng áp L2 1111 1111111221211 11 1111922211111 11k He 13

Chương II: PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU - 222222 * 22222 **++>xzs+s+2 16

1 Lựa chọn bộ biến đổi .- 2 1112222111111 110 55511111111 55 1n 16

2 Phân tích sơ đồ chỉnh lưu ¿+ 222221322221 112211 1E 2 xeExrrrrrrres 17

2.1 Chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha đối xứng - 555522222255 <<*cs+ 17 2.1Chinh lưu có điều khiển cau 1 pha không đối xứng s2 = + +5: 20 Chương III : TÍNH TOÁN thiết kế MẠCH LỰC -: + +2 +++++s+>3 24

1 Chọn sơ đồ thiết kế che 27

TI Tớnh toỏn chọn van lực -. -.- 29

II Tớnh toỏn bảo vệ quỏ ỏp - 29

Chương IV : Tinh toán thiết kế mạch điều khiển

1/ Nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ 5 31

1 Nguyên tắc diéu khién ngang cccceeesseseseeeeees 31

2 Nguyờn tắc điều khiển dọc + 2c +22 c2 s* + ssxe2 32

3 Khâu đồng bộ - - - 2 2 122222222211 11 1112155252111 esey 32

4 Khâu tạo điện áp tựa cà Ăn 33

5 Điện áp tựa dạng răng cưa cce- 38

Trang 3

6 Khõu so sỏnh -c- 2c s22 S222 xe 40

7 Khõu dạng xung . -.- << se 42

8 Khau khéch dai xung (KĐX) 43

1I/ Bộ điều khiển ( BĐK ) - 2c cà S222 re 43 CHƯƠNG V THIẾT KÉ SẢN PHẨM ++5 552 49

L Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiên - 49

1.Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển 52

2 Tớnh toỏn mỏy biến ỏp nguồn 2 225 22+ s++++zs<<2 53

II Tính toán khối điều khiển 5+2 < 2< +52 s++>>sss 56

1 Khâu đồng bộ - - c 1 2122222221222 csssser 57

2 Khối tạo điện ấp răng Cưa sec, 57

3 KhOi So SOM cece cece ceeeecccecececsesseeeceeceeeesseeeees 58

4 Khối tao dạng xung -c+c c2 S2 se 58

5 Khối khuếch đại xung . - + 5+ +2<5<<+<<+ 59 TIL Lắp rỏp sản phẩm - 2 2 22222112222 szsxxcsxrsrd 62

Trang 4

Lời GIóI THIệU

Hiện nay với tiến bộ khoa học kĩ thuật đã và đang đồi mới các phần tử, các mạch điều khiển được áp dụng rộng rãi vào trong công nghiệp và đời sông Với xu thế phát triển của khoa học hiện nay là ứng dụng khoa học kĩ thuật điện tử,kĩ thuật tin học,cơ khí chính xác để thực hiện tự động hoá được áp dụng cho từng máy,tổ hợp máy cho từng dây truyền công nghệ,các nhà máy tiến tới tự động hoá cả ngành sản xuất Tự động hoá làm giảm nhẹ sức lao động chân tay của con người làm cho tự động nó trở thành đặc trưng của nền sản xuất công nghiệp hiện đại

Trong công nghiệp ngoài ra các mạch điều khiển người ta thường dùng kĩ thuật số với

phần mềm đơn giản,linh hoạt và dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc các luật điều

khiển.Nó làm tăng tốc độ tác động nhanh và có độ chính xác cao cho hệ thống.Như

vậy nó làm chuẩn hoá các hệ thống truyền động điện và các bộ điều khiển tự động hiện

đại và có những đặc tính làm việc khác nhau.Trong những ứng dụng đó thì việc áp dụng vào mạch map ắc quy tự động đang được sử dụng rộng rãi và có những đặc tính

ưu việt.Bởi ắc quy là nguồn cấp điện một chiều cho các thiết bị trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày cung cấp điện cho các nơi chưa có nguồn điện lưới

dé phuc vu cho chiéu sang,ti vi,thong tin lién lạc điều khiển đo lường ,cung cấp cho các thiết bị giàn khoan ngoài biển.Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạo mạch nạp ắc quy là hết sức cần thiết,nó ảnh hưởng rất lớn tới dung lượng và độ bền của ắc quy

Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung của đồ án tốt nghiệp.Thiết kế và chế tạo

bộ nguồn nạp ắc quy tự động do thầy giáo Lưu Đức Dũng giảng viên trường Đại Học Bách Khoa hướng dẫn.Mặc dù trong thời gian qua em đã có gắng tìm hiểu thực tế,nghiên cứu tài liệu đề thực hiện đồ án nhưng không thể tránh khỏi những sai sót , em mong tiếp tục nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các quý thầy cô

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Lưu Đức Dũng

người đã trực tiếp hướng dẫn và toàn bộ các thầy trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp

công nghiệp Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp đỡ và dạy bảo

em trong những năm qua.

Trang 5

CHƯƠNG I GIGI THIEU CHUNG VE AC QUY

Ac quy là nguồn cung cấp năng lượng điện một chiều cho các thiết bị trong công

nghiệp và dân dụng Có nhiều loại ắcquy như:

+ ắc quy Axit (Acquy chỡ)

+ ac quy Kiêm ( Acquy Sat- Niken, , acquy bac- kém ) Tuy nhiên, trên thực tế thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là acquy axit, vì so với ắcquy kiềm, ắcquy axit có nhiều tính năng tốt hơn như: SĐĐ của mỗi cặp cực lớn, có điện trở trong nhỏ, dung lượng của bình ắc quy lớn

1/ Cấu tạo của bình ắc quy chỉ - axit:

Bình ắc quy axit gồm vỏ bình có 6 ngăn riêng (hay 12V), trong mỗi ngăn có đặt khối bản cực dương, khối bản cực âm Chúng được ngăn cách nhau bằng các tắm ngăn, mỗi ngăn như vậy được coi là một acquy đơn, các acquy đơn nối tiếp với nhau tạo thành

bình ắc quy Ngăn đầu và ngăn cuối có đầu tự do tạo thành các đầu cực dương (+), cực

âm (-) của ắc quy, dung dịch điện phân (dung dịch axit sunfuric) được đồ vào trong từng ngăn

Trang 6

'Vâu bản cực

tác dụng Bản cực

âm

Khung xuơng bản cực

a) phân khối cácbản — Bản cực dương

Trang 7

Vỏ bình được làm bằng các loại nhựa như: ebônit, axphađơpec, cao su cứng chúng

có khả năng chịu axit, và có độ bền vững cao

Các bản cực sau khi đã trát đầy chất tác dụng được ép lại, sây khô và thực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp bằng dòng điện nhỏ Sau quá trình như vậy, chất tác dụng ở các bản cực dương sẽ trở thành PbO;, bản cực âm thành Pb Sau đó chúng được lắp ráp vào bình acquy tạo thành các khối bản cực, các khối bản cực âm và dương được lắp xen kẽ nhau và được cách điện bằng tắm ngăn

- Tắm ngăn:

Tấm ngăn là chất cách điện, có độ xốp thích hợp đề không ngăn cản dung dịch điện phân thấm đến các bản cực Tắm ngăn được làm từ polyclovinyl, bông thuỷ tính ghép với miplat có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm

-Dung dịch điện phân:

Dung dịch điện phân trong ắc quy axit sunfuric (HạSO,) được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ nhất định

2/_ Yêu cầu cho việc nạp ắc quy:

2.1/ ắcquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng, Quá trình ắcquy cung cấp điện cho phụ tải gọi là quá trình phóng điện; quá trình ắc quy tích trữ năng lượng

từ một nguồn điện m ột chiều gọi là quá trình nạp điện.

Trang 8

2.2/ Quá trình biến đối năng lượng trong acquy axit:

a/ Quá trình nạp:

Khi nạp, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử “e” chuyền động từ các bản cực âm đến các bản cực dương, đó là dòng điện nạp Iạ Khi phóng điện, dưới tác dung sức điện động riêng của ắcquy các điện tử sẽ chuyển động theo hướng ngược lại (từ dương đến âm) và tạo thành dòng điện phòng I,

Khi ắcquy đã được nạp no chat tác dụng ở các bản cực dương PbO;, còn ở các bản cực

âm là chì xốp Pb Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bán cực đều trở thành

2.3/ Các đặc tính của Acquy axit:

a/ Sức điện động của Acquy axit (SĐĐ)

SĐÐÐ của acquy phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực và phụ thuộc vào nồng độ

của dung dịch điện phân được xác định theo công thức:

Eo = 0,85 + P (v)

Trong dé: Eo : Sức điện động tĩnh của acquy (v)

P : Nồng độ dung dịch điện phân ở 15°C (g/cm”)

Thông thường, các acquy axit có nồng độ thay đồi trong khoảng 1,12 - 1,29 g/cm’ Do

đó, SĐĐ của một acquy đơn sẽ thay déi tir 1,19 + 2,14", có nghĩa là nồng độ của dung

dịch điện phân tăng thì SĐĐ của acquy cũng tăng

b/ Các đặc tính phóng và nạp của acquy:

* Trong quá trình phóng điện của acquy thì sức điện động được tính theo công thức:

Trang 9

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

Trong đó: E, : sức điện động của acquy phóng điện (v)

Ip : dòng điện phóng (A) U; : điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (v) Tag : điện trở của acquy khi phóng điện (v)

- Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng của acquy cho phụ tải, và được tính theo công thức:

Cp = Tp.tp Trong đó: C;: dung lượng thu được trong quá trình phóng điện (A.h)

Ip: dòng điện phóng ồn định trong thời gian phóng điện tp

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

điện phóng không thay đồi

Trong- khoảng thời gian phóng tp = 0 đến tp = t,,, 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 ồn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của acquy (dòng điện phóng)

-Từ thời điểm tụ trở đi, độ dốc của đồ thị thay đôi đột ngột Nếu ta tiếp tục cho acquy

phóng điện sau t,, thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh; mặt khác tinh thé sunfat chi (PbSO,) tao thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn rất khó hoà tan (Biến đồi hoá học trong quá trình nạp điện trở lại cho ắcquy

Trang 10

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự độn

sau này, thời điểm tạ› gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắcquy, các giá trị Ep,

Up, P tại tạụ gọi là các giá trị tới hạn phóng điện cho acquy

-Nếu ngắt mạch vào thời điểm t„„ thì hiệu điện thế Up sẽ tăng vọt lên bằng sức điện động của acquy Còn sau đó, nhờ khuyếch tán mà nồng độ dung dịch cân bằng dần, sức điện động ắcquy sẽ tăng dần tới Eo và bằng 1,96 Ÿ đối với ắcquy được coi là phóng

hết điện Đoạn cuối của đường cong E;ạ ứng với khoảng nghi của ắcquy hay thời gian phục hồi của ắcquy, thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của acquy ( dòng điện phóng và thời gian phóng.)

+ Trong quá trình nạp điện của ắcquy thì SĐĐ được tinh theo công thức:

Trong đó: I, : dòng điện nạp (A)

U, : điện áp đo trên cực acquy khi nạp

Tạa : điện trở trong của acquy khi nạp điện

- Dung lượng nạp của ắcquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của acquy và được tính theo công thức:

Cụ = In.tn

10

Trang 11

Trong đó Ch : dung lượng thu được trong quá trình nạp điện(Ah)

I, : dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tạ

- Đặc tính nạp của ắcquy là đồ thị biểu dién mối quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng nạp điện

không thay đổi (1, = const)

Trong khoảng thời gian nạp từ 0 đến t= t,, sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch

điện phân tăng dần, tới thời điểm t,, trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí

(gọi là hiện tượng sôi), lúc này điện thế giữa các cực của ắcquy tăng tới 2,4v Nếu vẫn tiếp tục nạp, giá trị này tăng vọt lên 2,7v và giữ nguyên thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng làm cho phân các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đồi hoàn toàn, làm cho dung lượng phóng điện của ắcquy tăng thêm Ta có thể kết thúc quá trình nạp ở đây Nhưng thường người ta phải tiếp tục nạp từ 2h đến 3h nữa, khi thấy rằng trong suốt thời gian đó hiệu điện thế và nồng độ dung dịch của ắcquy không thay đồi thì mới tin chắc acquy đã được nạp no

11

Trang 12

+ Sau khi ngắt dòng điện nạp thì điện áp, sức điện động của ắcquy, nồng độ dung dịch

điện phân giảm xuống và ồn định, khi đó: Eo = 2,11+2,12v ứng với acquy đã được nạp

Trang 13

Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc quy, bảo đảm cho ắc quy được no Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa đề nạp điện cho ã ắc quy hoặc nạp sử chữa cho các äc quy bị Sunfat hoá Với phương pháp này ắc quy được mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :

Un 2 2,7.Naq Trong do:

Un - điện áp nap Naq - số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy 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 được xác định theo công thức :

3.2/ Phương pháp nạp ắc quy với điện áp không đối

Phương pháp nạp ắc quy với điện áp không đổi yêu cầu các ắc quy được mắc song song với nguôn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không đồi và được tính bằng 2,3 -> 2,5 V cho 1 ngăn ắc quy đơn

Hiệu điện thế của nguồn nạp phải được giữ ồn định với độ chính xác đến 3% và được

theo dõi bằng vol kế

Trang 14

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp

Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc quy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đồi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương án nạp ắc qui là phương pháp dòng áp

Đối với ắc quy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoản thời gian tn = 16h tương ứng với 75 + 80 % dung lượng ắc quy ta nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1Cạo Vì theo đặc tính nạp của ắc quy trong 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 I6h ac qui bat đầu sôi lúc đó ta chuyên sang nạp ở chế độ 6n áp Khi thời gian nạp được 20h thì ắc quy bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 + 3h

Đối với ắc quy kiềm : Trình tự nạp cũng giống như ắc quy axit nhưng do khả năng quá tải của ắc quy kiềm lớn nên lúc ồn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In = 0,1Cạo hoặc nạp cưỡng bức đề tiết kiệm thời gian với dòng nap In = 0,25C›o

Các quá trình nạp ắc quy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ồn áp với điện áp băng điện áp trên 2 cực của ắc quy, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không Kết luận:

-Vì ắc quy là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi ắc quy đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong ắc quy sẽ tự động dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi ắc quy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ôn định dòng nạp cho ắc quy

- Khi dung lượng của ắc quy dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ồn định dòng nạp thì ắc quy sẽ sôi và làm cạn nước Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc quy sang chế độ ồn ap Chế độ ổ ồn áp được giữ cho đến khi ắc quy đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cực của ắc quy 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

+ Dong dién nap In = 0,1x60 = 6A

Từ yêu cầu của đề tài chúng ta có: số lượng 4 ắc quy là 10 chiếc Do vậy chúng ta có thể

có 3 cách mắc dé nạp điện cho ã ắc quy:

14

Trang 15

+ Mắc 10 ắc quy nối tiếp với nhau

Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60=6 A

Điện áp nạp lại rất lớn Un=10x16,2=162 V

+ Mắc 10 ắc quy song song với nhau:

Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60x10=60 A

Điện áp nạp nhỏ Ủn=16,2 V

+ Mắc hỗn hợp 10 ắc quy thành 2 dãy song song, mỗi dãy có 5 ắc qui nối tiếp

với nhau

Dong dién nap In=0,1x60x2=12 A

Dién ap nap Un=16,2x5=81 V

Nhận xét:

Như vậy chúng nếu chúng ta dùng cách mắc 10 ắc qui nối tiếp với nhau thì dòng điện nạp trong quá trình ôn dòng nhỏ In=6A còn điện áp nạp khi nạp ở chế độ ôn áp sẽ rất lon Un=162 V.Phương pháp này không thoả mãn yêu cầu của công nghệ vì điện áp nạp lớn Còn với cách mặc 10 ắc quy thành 10 chiếc song song với nhau thì dòng điện nạp rat lon (In= 60A) con dién ap nap nho( Un=16,2V) Phuong phap nay thoa man yêu cầu của công nghệ nhưng do dòng điện quá lớn nên chúng ta phải chọn van chịu được công sắt lớn, do vậy sẽ không đạt được vê vấn đề kinh tế.Từ đó chúng ta thấy : Phương pháp tối ưu nhất vừa đáp ứng được yêu cầu của công nghệ vừa đạt được hiệu quả kinh tê là phương pháp mặc hôn hợp

15

Trang 16

CHƯƠNG II Các Phương án chỉnh lưa

1: Lựa chọn bộ biến đối :

Vì nguồn điện lưới là nguồn điện xoay chiều nên muốn nạp được dòng điện cho acquy thì ta phải dùng bộ chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1

chiều dé cung cấp cho tải một chiều (ở đây là nguồn nạp điện cho acquy)

- Thường sử dụng 2 loại chỉnh lưu dòng điện là chỉnh lưu 3 Pha và chỉnh lưu I Pha 1.1/ Đối với chính lưu 3 Pha

Gồm có chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng,chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng và chỉnh lưu 3 pha hình tia

Người ta thường dùng chỉnh lưu 3 pha khi tải công suất lớn và có yêu cầu kỹ thuật cao như độ đập mạch của điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao.Sử dụng chỉnh lưu

3 pha thì không làm lệch pha nguồn điện lưới

1.2/ Đối với chính lưu I pha

-Gồmsơđồ : +cầu 1 pha đối xứng

+cau 1 pha khong đối xứng

Người ta thường sử dụng sơ đồ cầu 1 pha khi tải cần cung cấp có công suất nhỏ, nên

nó không ảnh hưởng đến nguồn điện cung cấp

- Trong đồ án này, em thiết kế khối nguồn chỉnh lưu với yêu cầu cung cấp cho tải một điện áp từ 12v — 165v, dòng dién 1 chiều từ 860A Khi đó đòng điện nạp l;ap = Icio

=0,1.60=6A

Ta chọn bình acquy loại 12v, với 6 ngăn, điện áp mỗi ngăn vào khoảng từ 22,4v (khi

đã được nạp no) Khi đó điện áp nguồn nạp cho 1 bình acquy phải thoã mãn: U„> 2,7

Trang 17

Cách này không khả thi do dòng nạp quá thấp mà điện áp nạp quá lớn

Cách 2: ta mắc hỗn hợp nói tiếp và song song các bình acquy với nhau, chia làm 2 cặp mắc song song với nhau, mỗi cặp gồm 5 bình mắc nối tiếp nhau

—> công suất của mạch : P =U.I=81 12 =972 (w) =0.972 (Kw)

Vi theo dau bài là thiết kế mạch nguồn nạp ắc quy tự động ,tức là khi ắc quy đói thì phải tự động nạp đầy cho ắc quy, còn khi ắc quy no thì sẽ tự động ngắt Tất cả điều này đều phải tự động nên ta chọn mạch chỉnh lưu có điều khiển

Như ta đã tính ở trên P =0.972 Kw < 5Kw nên ta chon phuơng án mạch chỉnh lưu cầu một pha, có hai phương án chỉnh lưu :

+ chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha đối xứng

+ chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha không đối xứng

2 : Phân tích sơ đồ chỉnh lưu :

2.1: Chính lưu có điều khiển cầu 1 pha đối xứng

a Sơ đồ nguyên lý

17

Trang 18

Trong sơ đồ cầu 1 pha đối xứng có tiristor: + T; ,T; là nhóm đấu katot chung

+T; ,T¿ là nhóm đấu anôt chung

b Nguyên lý hoạt động của sơ đồ

Trong nửa chu kỳ đâu ,khi U2 >E điện áp anot của tiristo T1 dương,lúc đó catot của T2 âm nếu có xung điều khiển cả 2 van TI , T2 đồng thời thì các van này sẽ được mở thông đề đặt điện áp lưới lên tải T1 ,T2 sẽ dẫn đến khi U2 <E

Trong nửa chu kỳ sau,khi U2<E điện áp anot của tiristo T3 đương,lúc đó catot của T4 âm nêu có xung điêu khiên cả hai van T3 ,T4 đông thời thì các van này sẽ mở thong đê đặt điện áp lưới lên tải

- Giá trị trung bình của điện áp tải :

U,= 243M, °

os ỏ=0.9U, - Dòng trung bình qua tiristo :

Trang 19

* Khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn

-Hiện tượng trùng dẫn là hiện tượng có 2 hay nhiều van trong cùng một nhóm dẫn điện

- Hiện tượng trùng dẫn xảy ra do ảnh hưởng của điện kháng anot X,

19

Trang 20

+ Tai thoi diém t=t,, dua xung điều khiển mở Tạ,T¿ „ do sự có mặt của điện kháng anôt X; nên dòng Ir,tr;ạ khônng thể giảm từ lụ xuống 0 mà dòng 1; và 1 cũng không

thể đột ngột tăng từ 0 lên lạ được Lúc này cả 4 tiristor đều mở cho dòng chảy qua ,gây

ngắn mạch tải , nguồn U¿ cũng bị ngắn mạch

KL: vậy hiện tượng trùng dẫn đã làm méo điện áp chỉnh lưu , trong khoảng trùng dẫn năng lượng tích trữ được trả về lưới

Trang 21

Trang 22

d.Nhận xét ưu nhược điềm của sơ đồ chỉnh lưu 1 pha

-Với việc thiết kế chế tạo bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển tiristor cho mạch nguồn nạp

ắc quy tự động Qua việc phân tích các sơ đô chỉnh lưu ta thay so đô chỉnh lưu câu một pha không đôi xứng có những ưu điêm sau:

+tiét kiệm năng lượng hơn(hệ số cos cao hơn chỉnh lưa điều khiển)

+số van điều khiến ít hơn một nửa so với sơ đồ cầu đối xứng nên giảm được giá thành thiết bị biến đổi, sơ đồ điều khiển cũng đơn giản hơn, số kênh điều khiển van

giảm Và cũng giảm các phần tử bảo vệ cho tiristor do dùng một nửa số van là điot

22

Trang 23

+ Sơ đồ cầu đối xứng và sơ đồ cầu không đối xứng có chất lượng điện áp và dải điều chỉnh là như nhau

+Thứ cấp máybiến áp chỉ có một cuộn dây so với 2 cuộn dây trong sơ đồ có điểm trung tính nên việc thiết kế chế tạo biến áp nguồn trở nên đơn giản hơn

K: Với những ưu điểm của các mạch chỉnh lưu và các nhận xét trên ta đi đến chọn phương án chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng Sơ đồ này đáp ứng

đầy đủ yêu cầu kỹ thuật về điện áp chỉnh lưu , bên cạnh đó chỉ phí giá thành cho việc

lựa chọn thiết bị lại rẻ hơn Hệ số cosỏ của sơ đồ không đối xứng cao hơn sơ đồ đối xứng

23

Trang 24

CHUONG III tính toán và Thiết kế mạch lực

Chọn dòng nap 1a I,=10%=6A(trong 10h)

Chọn phương án mắc 10 bình thành 2 nhánh song song nhau mỗi nhánh gồm 5 bình nối tiếp nhau vậy:

dién 4p nap: = Usm = 2,7*6*5=81 V (1binh 12v gồm 6 ngăn)

dong dién nap: Ign =10%60.2= 12 A

Để lựa chọn mạch chỉnh lưu chi tiết cần biết khá nhiều yêu cầu kĩ thuật và các chi tiết

cụ thể.Tuy nhiên những yêu cầu này thường khó nắm bắt được đầy đủ,vì vậy khi thiết

kế chỉ cần dựa vào một số yêu cầu tốt thiểu để đưa ra một vài phương án mạch lực đủ

cho thiết kế sơ bộ ban đầu.sau đó tiến hành thiết kế các chi tiết khác Vậy ta chọn

phương án chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiên

Các yêu cầu tối thiểu:

Điện áp ra tải định mức :Ugam=81 V

Vậy với mạch chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều như trên la phù hợp

Đồ thị của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều ứng với các góc mở có dạng như sau :

24

Trang 26

-Các phần tử bán dẫn công xuất được sử dụng rộng dãi với những ưu điểm như gọn

nhe , lam việc tin cậy ,tác động nhanh hiệu xuất cao ,dé thực hiện tự

động hoá Việc sử dụng các phần tử này phải chú ý đến nhưng chỉ số giới hạn sử dụng đo nhà sản xuất quy định:

+ Giá trị điện áp ngược lớn nhất

+ giá trị trung bình cho phép với dòng điện

+ Nhiệt độ lớn nhất của mặt ghép

+ Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện di / dt

+ Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của điện áp du/ dt

+ Thời gian khoá tu;

2.1 : Bảo vệ khói tốc độ tăng trưởng của dòng điện quá lớn

Tiristor làm việc trong mạch không có cảm kháng hay mạch xung thì thường chiu độ tăng trưởng dòng điện đặt vào anot của tiristor la tăng quá nhanh ( tốc độ tăng dòng anot di/ dt )vượt quá một giá trị giơi hạn thì tiristor xẽ bị phá hỏng ( các lớp bán dẫn bị đánh thủng do hiệu ứng kênh) Vì vậy cần hạn chế tốc độ tăng dòng

thường dùng cuộn dây lõi không khí ( cuộn kháng xoay chiều )mắc nối tiếp với

tiristor như hình vẽ:

—“Ð—+——

26

Trang 27

2.2 : Bảo vệ quá điện áp

nguyên nhân gây quá điện áp

+nguyên nhân nội tại do sự tích tụ điện trong các lớp bán dẫn khi khoa tiristor bằng điện áp ngược , các điện tích biến đổi ngược lại hành trình tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn gây ra một sức điện độngcảm ứng rất lớn,làm cho lớp tiếp giáp Anot- Katot xuất hiện quá điện áp Làm cho tiristor xẽ tự mở không cần tín

hiệu điều khiển

+ Nguyên nhân bên ngoài : như cắt không tải mọt máy biến áp trên đường dây ,khi cầu chì bảo vệ chảy, sắm sét

Vậy để hạn chế tốc độ tăng áp ,tnường dùng cặp điện trở R và tụ điện C mắc nối tiếp với nhau và nôi song song với hai cực anot,katot của tiristor như hình vẽ:

3/ Tính toán chọn van lực

A/ Chọn cấp điện áp cho van

- Dé chon van ta phải dựa vào chế độ làm việc nặng nề nhất

Mà van phải chịu

- Van phải chịu điện áp max khi các ắcquy được nạp no,mỗi

ngăn ắcquy có điện áp là 2V.Đề có acqui 12V cần 6 ngăn

Dé nạp no thì điện áp nạp cho mỗi ngăn phải là 2/7V

Điện áp nạp: U=2,7.6.10 = 162V

Dòng dién nap : I, = 10%lạm = 10.16 = 160A

Theo bảng 1.1 biên độ điện áp ngược lớn nhất đặt lên van khi làm việc bằng:

U2 (max) =2,45U2=2,45.220=539V

chọn hệ số dự trữ về áp cho van là I,7 thì điện áp cần cho van tương ứng sẽ là :

U;=1,7U,¿„„„=1,7.539=916.3V

27

Trang 28

IV/ TÍNH TOÁN BẢO VỆ QUÁ ÁP

ỏ=0 thỡ đũng qua van là lớn nhất lỳc đú gúc dẫn qua mỗi van trong sơ đồ cầu là ở=ð vay ta cu

Kaa hé số dũng điện qua van,là tỉ số giữa giỏ trị hiệu dụngvà giỏ trị trung bỡnh của dũng điện đi qua van

Tra cam nang về T-250 cú cỏc số liệu :Uạ=1,44V,R„=112.10-5

R.=0,220C/W voi V=6m/s,top= 125°C

U¿ điện ỏp ngưỡng của van [V]

Ra điện trở động của van [O]

R+ nhiệt trở của van cú kốm theo tản nhiệt [0C/W]

T„„ nhiệt độ cho phộp quỏ độ bỏn dẫn p-n [0C]

Kaa hé sé dũng diện qua van,là ti số giữa giỏ trị hiệu dụngvà giỏ trị trung bỡnh của dũng điện đi qua van

Vậy qua phõn tớch và tớnh toỏn ở trờn ta quyết định chọn mạch điều khiển và mạch

động lực như h3.14

28

Trang 29

— pa - +Udk R9 p2 RI2 RIT

h3.14 mach diéu khién va mach dong luc

29

Trang 30

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT KE MACH DIEU KHIEN

Nguyờn lý chung mạch điều khiến

Trong các hệ chỉnh lưu thỡ cú 2 hệ điều kién cơ bản là hệ đồng bộ và hệ khụng đồng

bộ do hệ đồng bộ cú nhược điểm là độ nhậy với nhiễu lưới điện cao vỡ cú khõu đồng

bộ liờn quan độn điện op luc , nhưng cú ưu điểm hoạt động ổn định và dễ dàng thực hiện Ngược lại hệ khụng đồng bộ chống nhiễu lưới điện tốt hơn nhưng kộm ồn định

hiện nay Đa số cỏc mạch điều kién chỉnh lưu thực hiện theo hệ đồng bộ

1/ CÁC NGUYAN TAC DIEU KHIEN TRONG HE DONG BỘ

Cú hai nguyờn tóc điều khién

1/ nguyờn tắc điều khiến ngang

H3.1 là sơ đồ cấu trỳc và đồ thị minh hoạ của nguyờn tắc điều khiển ngang

DB : Khõu đồng bộ tạo ra điện Op hỡnh sin cú gúc lệch pha cố định so với điện

op luc

DF : khõu dịch pha cú nhiệm vụ thay đổi gúc pha của điện ỏp ra dưới tac động

của điện ỏp điều khiển Uạy

TX : Xung điều khiển tạo thành ở khốu tạo xung vào thời điểm khi điện op dich pha Ủạ; qua điểm 0

DX: Nhằm tạo ra cỏc xung cú dạng phự hợp đề mở chắc chắn van

chỉnh lưu, thường được sử dụng xung chựm

KĐX: khuếch đại xung để khuếch đại tớn hiệu gửi tới cực điều khiển của van

30

Trang 31

Tiêu đề	Đồ án thiết kế và chế tạo bộ nguồn nạp ắc quy tự động cho 10 ắc quy 12v dung lượng 60ah
Trường học	University of Technology
Chuyên ngành	Electrical Engineering
Thể loại	Đồ án
Thành phố	Hanoi

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	7,39 MB