Đồ án Điện tử công suất Chỉnh lưu Cầu 1 pha

Nhằm đàm bảo tínhliên tục và chất lượng cung cấp điện cho những tải nhạy cảm mà không phụthuộc trạng thái hệ thống cung caaso, phương pháp duy nhất là sử dụng bộnguồn dự trữ làm việc tin

ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA: ĐIỀU KHIỂN & TĐH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Họ tên sinh viên: Tạ Đức Dương

Lớp:……… ……… Khoá: ………… ……… Ngành đào tạo: … ……… Hệ đào tạo:…… ……… I./ TÊN ĐỒ ÁN:

II/ NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN:

TS Chu Đức Toàn

LỜI NÓI ĐẦU

Sự ra đời, phát triển nhanh và ngày càng hoàn thiện của các linh kiện điện

tử, đặc biệt là vi xủ lý đã tạo ra sự thay đổi sau sắc và phát triển mạnh mẽ trongcác thiết bị, hệ thống thiết bị điện-điện tử, chẳng hạn như máy tính, thiết bị điềukhiển khả trình, tổng đài điện thoại, truyền dữ liệu, chiếu sáng đường hầm,những hệ thống giám sát điều khiển và xử lý công nghiệp Nhằm đàm bảo tínhliên tục và chất lượng cung cấp điện cho những tải nhạy cảm mà không phụthuộc trạng thái hệ thống cung caaso, phương pháp duy nhất là sử dụng bộnguồn dự trữ làm việc tin cậy, đặc biệt là những bộ nguồn làm việc như một

“giao điện công suất” giữa nguồn cung cấp và tải Để đi sau vào tìm hiểu,nghiện cứ về bộ nguồn dự trữ, Nhóm em đã nghiên cứu về thiết bị chỉnh lưutrong đó Bộ phận chỉnh lưu là một phần quan trọng của bộ nguồn liên tục.Trong giới hạn chỉ là một dồ án môn học nên đề tài cũng chưa thực sự sâu sắc

và chính xác

Mặc dù chúng em đó rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi

và đặc biệt do trình độ hiểu biết của chúng em cũng nhiều hạn chế nên chúng emkhông thể tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp

ý của các thầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng nhưnhững ứng dụng thực tế của nó để bản đồ án của chúng em được hoàn thiệnhơn.Và chúng em hi vọng trong một tương lai không xa, chúng em có thể ápdụng những kiến thức và hiểu biết thu được từ chính đồ án đầu tiên trong cuộcđời sinh viên của chúng em vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong các

đồ án sau này

Trong quá trình làm đồ án chúng em đó nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo

rất tận tình của Thầy giáo TS.Chu Đức Toàn Em xin chân thành cảm ơn Thầy

và hi vọng Thầy sẽ giúp đỡ chúng em nhiều hơn nữa trong việc học tập củachúng em sau này

Nội dung đề tài bao gồm các chương :

Chương 1: Tỏng quan chung về bộ nguồn UPS

Chương 2: Tính toán và lựa chọn ắc quy cho bộ UPS

Chương 3: Lựa chọn và tính toán mạch chỉnh lưu

Chương 4: Tính chọn mạch điều khiển

Chương 5: Mô phỏng trên phần mềm PSIM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ BỘ NGUỒN UPS 5

1.1 Giới thiệu về UPS 5

1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ nguồn liên tục UPS 5

1.1.2 Sự cố cung cấp năng lượng 5

1.1.3 Giải pháp dùng UPS 6

1.1.4 Ứng dụng trong thực tế 7

1.2 Phân loại UPS 8

1.2.1 Phân loại UPS dựa tho bộ chuyển đổi 8

1.2.2 Phân loại UPS theo chế độ làm việc 10

1.3 Cấu trúc UPS 10

1.3.1 Các thành phần chính của UPS 10

1.3.2 Các thiết bị khác 12

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN ẮC QUY CHO BỘ UPS 12

2.1 Giới thiệu chung về ắc quy và các chế độ nạp 12

2.1.1 Giới thiệu chung về ắc quy 12

2.1.2 Cấu tạo của ắc quy 13

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của ắc quy 14

2.1.4 Các thông số cơ bản của ắc quy 15

2.1.5 Đặc tính phóng nạp của ắc quy 16

2.2 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN ẮC QUY 19

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH CHỈNH LƯU 20

3.1 Phân tích 20

3.2 Lựa chọn van và tính các thông số mạch lực 23

3.2.1 Sơ đồ mạch lực 23

3.2.2 Tính chọn van động lực 24

3.2.3 Tính toán máy biến áp 26

3.2.4 Tính toán các thiết bị bảo vệ mạch động lực 32

CHƯƠNG 4 TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 35

4.1NGUYÊN LÍ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 35

4.2 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN 36

4.3.1 Tính toán khâu đồng pha 37

4.3.2 Khâu tạo điệp áp ăng cưa 39

4.3.3 Khâu so sánh 40

4.3.4 Khâu tạo dao động xung chùm 41

4.3.5 Chọn cổng AND 42

4.3.6 Khâu khuếch đại xung 43

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PSIM 47

5.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng PSIM 47

5.2 Mô phỏng mạch điều khiển và mạch lực 49

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ BỘ NGUỒN UPS

1.1 Giới thiệu về UPS

UPS được viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Uninterruptible Power được hiểunhư là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dựphòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống Nó cũng cấp tạmthời điện năng nhằm duy trì sự hoạt động của thiết bị sử dụng điện lưới gặp sự

cố điện ( mất điện, sụt giảm điện áp quá thấp, sự cố khác…) trong một khoảngthời gian với công suất giới hạn theo khả năng của nó

Ở Việt Nam, UPS thường quen được gọi là: cái lưu điện cực lưu điện… Như chúng ta đã biết, một nguồn điện tốt sẽ đảm bảo khả năng làm việc tin cậy,kéo dài thời gian sử dụng thiết bị dùng điện cũng như mang lại hiệu quả kinh tếcho doanh nghiệp Hiện nay, do nhu cầu về năng lượng điện ngày càng tăng, đểnăng cao độ tin cậy cung cấp điện, thỏa mãn các yêu cầu của kỹ thuật số, có thể

sử dụng hai giải pháp: một là xây dựng các khu công nghiệp và thương mạiđược cấp điện với chất lượng cao, việc đầu tư cho hệ thống lưới điện đòi hỏi rấtnhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếu hụt điện năng và chất lượng điện năng suygiảm Hai là sử dụng các bộ nguồn liên tục UPS cho các tải quan trọng, việc nàytiết kiệm được rất nhiều chi phi đầu tư xây dựng

1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ nguồn liên tục UPS

UPS đầu vào nối với lưới điện, đầu ra nối với các thiết bị cần được bảo

vệ, bên trong có một acqui Bình thường tải được cung cấp năng lượng từnguồn Khi mất điện bất thường thì năng lượng cung cấp trực tiếp cho tải làacqui đả bảo thiết bị được cung cấp một cách liên tục

1.1.2 Sự cố cung cấp năng lượng

Sự cố trong các nguồn năng lượng điện có thể xẩy ra trong quá trìnhlắp đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha,sấm sét, …) Những sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau

Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điện

áp hình sin với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện 50Hz chẳng hạn)

Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bịảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ

Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấpđiện vì:

+ Hiện tượng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thường không tránh khỏi) Điều này

có thể ảnh hưởng đến đường dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn:

- Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện

- Sương giá có thể làm cho đường dây bị đứt

+ Những hiện tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn

- Cành cây rơi gây gắn mạch hoặc đứt dây

- Đứt cáp do đào đất

- Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp

Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp

+ Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn:

- Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong quá trình khởi động

- Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn, … gây ra điện áprơi và nhiễm RF

- Những hệ thống điện tử công suất cao

- Thang máy, đèn huỳnh quang

+ Những sự cố ảnh hưởng đến việc cung cấp năng lượng điện cho thiết bị cóthể phân thành các loại sau:

+ Điều cần chú ý trước hết của những sự cố và hậu quả của nó về phương diện:

- An toàn cho con người

- An toàn cho thiết bị, nhà xưởng

- Mục tiêu vận hành kinh tế

Từ đó phải tìm cách loại chúng ra Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhaucho vấn đề này, những giải pháp này được so sánh trên cơ sở của hai tiêu chuẩnsau để đánh giá:

- Liên tục cung cấp điện

- Chất lượng cung cấp điện

Hoạt động như một giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tảinhạy cảm UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện liên tục, chất lượng cao,không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp

+ UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy

- Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệtkhi hệ thống cung cấp ngừng hoạt động

- Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu của những thiết bị điện từ nhạycảm

1.1.4 Ứng dụng trong thực tế

Bộ Nguồn UPS được sử dụng rộng rãi ở những nơi cần độ tin cậy cungcấp điện và chất lượng cung cấp điện cao mà không bị ảnh hưởng những sự cốcủa hệ thống cung cấp điện

Bảng 1.1 liệt kê một vài ứng dụng chính của bộ nguồn UPS

Những ứng

dụng chính Những thiết bị được bảo vệ

Bảo vệ chống lạiNgừng

hoạtđộngtừngphần

Ngừn

g hoạtđộngtoànbộ

Các

sự cốkhác

Thayđổitần số

hệ thóng điểu khiển giám sát, robot, máymóc tụ động, sản xuất linh hoạt

ép nhựa, thiết bị điều chỉnh chính xác, thiết bị đo nhiệt

độ trong quá trình chuẩn bị chát bán dẫn, nhựa, nguyên liệu

5 Chiếu sáng

Đừng hầm, đường băng, sân bay, những tòa nhà công cộng

1.2 Phân loại UPS

1.2.1 Phân loại UPS dựa tho bộ chuyển đổi

1.2.1.1 UPS tĩnh

Sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất làm chức năng chỉnh lưu và nạpacquy để tích trữ điện năng khi làm việc bình thường Khi sự có bộ nghịch lưu

làm việc vụ biến đổi điện năng một chiều tích lũy trong acquy thành điện năngxoay chiều cung cấp cho các tải ưu tiên

- Giới hạn dòng điện vận hành tối đa cho phép có thể tới 2,33 I n

- Cách ly về diện, khi cần dùng một máy biến áp cách ly

- Bảo dưỡng, vận hành đơn giản, là việc chắc chắn

- Khả năng đáp ứng nhanh cho sử dụng thiết bị vi điểu khiển

Sử dụng máy điện làm chức năng nghịch lưu

- Dòng ngắn mạch của máy phát điện cao (khoảng 10I n)

- Hệ thống phụ tải cách ly với nguồn

- Trở kháng ra của hệ thống thấp

- Cần bảo dưỡng kiểm tra thường xuyên

1.2.2 Phân loại UPS theo chế độ làm việc

1.2.2.1 UPS gián tiếp (Off – line)

Trong UPS gián tiếp, bộ nghịch lưu được nối song song với hệ thốngcung cấp làm nguồn dự phòng Khi vận hành bình thường nguồn cấp trực tiếpcho tải qua bộ lọc F mà không qua bộ nghich lưu

Khi xảy ra sự cố ở hệ thống cũng cấp hoặc điện áp hệ thống nằm ngoàigiới hạn cho phép, tải sẽ được cấp từ bộ nghịch lưu sau một thời gian chuyểnmạch rất ngắn, cỡ 10 ms, Khi điện áp hệ thống được phục hồi, tải sẽ được tựđộng chuyển về nguồn cung cấp Sơ đồ này có ưu điểm vừa giải quyết được ổnđịnh cung cấp cho tải vừa có giá thành phù hợp Tuy nhiên việc chuyển đổi vẫnđòi hỏi một khoảng thời gian không đáp ứng được như cầu các tải nhạy cảm nhưmáy tính, tổng đài điện thoại… Sơ đồ này chỉ được sử dụng với coog suất nhỏdưới 2 KVA

1.2.2.2 UPS trực tiếp (on-line)

Trong on-line UPS, bộ nghịch lưu được chèn vào giữa hệ thống cung cấp

và tải Toàn bộ điện năng cung cấp qua tải phải qua bộ nghịch lưu do đó việccung cấp điện đảm bảo liên tục, chất lượng điện năng về điện áp, dạng sóng, tần

số là do bộ nghịch lưu quyết định mà không phụ thuộc vào nguồn cung cấp Hệthống còn có bộ chuyển mạch tĩnh đảm bảo cung cấp điện năng trong trườnghợp cần bảo dưỡng, sửa chưa bộ chỉnh lưu-nghịch lưu và acquy Sơ đồ này đảmbảo chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện cao nhưng giá thành cao vàđược ứng dụng với công suất trung bình và lớn trên 40KVA

1.3 Cấu trúc UPS

1.3.1 Các thành phần chính của UPS

Một hệ thống UPS hoàn chỉnh thường gồm các phần tử cho trên hình 1.3

Hình 1.3: Các thành phần chính của UPS+ Đường dây vào: có hai đường vào độc lập từ hệ thống cung cấp

- Hệ thống cung cấp 1 (HTCC1): đường vào bình thường cung cấp chochỉnh lưu-nạp

- Hệ thống cung cáp 2 (HTCC2): cung cấp cho chuyển mạch tĩnh (theo pass)

by-Bộ nghịch lưu được đồng bộ về tần số với HTCC2 Chuyển mạch tĩnh cho phéptải được chuyển tức thời qua đường by-pass lúc cần thiết Nên nối UPS với hệthống cung cấp 2 độc lập để tăng độ tin cậy, tuy nhiên cũng có thể sử dụngđường chung

+ Bộ chỉnh lưu nạp (1) : Biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều để:

- Cung cấp cho bộ nghịch lưu

- Nạp thường xuyên cho acquy

+ Bộ acquy (2): Dự trữ điện năng để cung cấp cho bộ nghịc lưu nếu:

- Hệ thống cung cấp điện mất

- Sự cố làm giảm chát lượng điện áp cấp

+ Bộ nghịch lưu (3): Nghịch lưu điện áp một chiều từ bộ chỉnh lưu hoặc từacquy thành điện áp xoay chiều với sai số cho phép

+ Đường song song với chuyển mạch tĩnh (4) : Chuyển đổi tải UPS từ bộ nghịchlưu sang hệ thống cung cấp 2 mà không làm gián đoạn cung cấp điện cho tải.Việc này xảy ra khi nghịch lưu ngường hoạt động vì các lý do:

+ Chuyển mạch bằng tay, thiết bị đóng cắt acpuy (7), (8), (9), (10): dùng để cách

y trong quá trình bảo dưỡng

1.3.2 Các thiết bị khác

Ngoài các linh kiện đã nêu ở trên, UPS có thể được trang bị thêm một số thiết bịsau:

- Thiết bị phân phối và bảo vệ

- Thiết bị ccacs ly, máy biến áp tạo điện áp phù hợp cho tải

- Hệ thống điều khiển, cảnh báo, hiện thị, điều khiển xa UPS có thể trang

bị thêm hệ thống chẩn đoán tự động, tự động kiểm tra trạng thái của cáclink kiện Ví dụ như kiểm tra trạng thái của acquy thừng xuyên

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN ẮC QUY CHO BỘ UPS 2.1 Giới thiệu chung về ắc quy và các chế độ nạp

2.1.1 Giới thiệu chung về ắc quy

Ăc-qui là loại bình điện hoá học dùng để tích trữ năng lượng điện và làmnguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện như động cơ điện, như bóng đèn, làmnguồn nuôi cho các linh kiện điện tử…

Hình 2.1: Ắc quy trong thực tế

Các tính năng cơ bản của ăc-quy:

- Sức điện động lớn, ít thay đổi khi phóng nạp điện

là 0.001 đến 0.0015 và khi ăc-quy phóng điện hoàn toàn là 0.02 đến0.025

Có hai loại ăc-quy là: ăc-quy a-xit (hay ăc-quy chì) và ăc-quy kẽm quy sắt kền hay ăc-quy cadimi-kền) Trong đó ăc-quy a-xit được dùng phổbiến và rộng rãi hơn

(ăc-2.1.2 Cấu tạo của ắc quy

Các bộ phận chủ yếu của ăc-quy a-xit gồm:

Bộ chùm cực âm và chùm cực dương đặt xen kẽ nhau theo kiểu cài rănglược, sao cho cứ lá cực âm rồi đến một lá cực dương

- Tấm chắn đặt giữa các lá cực âm và lá cực dương để tránh hiện tượngchập mạch giữa các điện cực khác dấu

- Vỏ bình điện ăcquy thường làm bằng cao su cứng (êbonit) đúc thành hinhhộp , chịu được khí nóng lạnh, va chạm mạnh và chịu a-xit Dưới đáybình có các đế cao để dắt các lá cực lên, khi mùn của chất hoạt động rụngxuống thì đọng dưới rãnh đế như vậy tránh được hiện tượng chập mạchgiữa các điện cực do mùn gây ra Nắp đậy ăc-quy cũng làm vỏ cao sucứng, nắp có các lỗ để đổ dung dịch điện phân vào bình và đầu cực luồnqua Nút đậy để dung dịch khỏi đổ ra

- Thanh nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn ăc-quy này vớicực dương của ngăn ăc-quy tiếp theo

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của ắc quy

Ắc qui là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ nănglượng dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng Quátrình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, quá trình

ắc qui dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện

Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc qui axit có dung dich điện phân là axit

H2SO4 nồng độ d  1,1  1,3 % bản cực âm là Pb và bản cực dương là PbO2 códạng :

(- ) Pb  H2SO4 d  1,1  1,3  PbO2 ( + )Phương trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit :

phóngPbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O

nạpThế điện động E  2,1 V

Nhận xét : Từ những điều đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong quá trìnhphóng-nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi Khi ắc quy phóng điệnnồng độ dung dịch điện phân giảm dần Khi ắc quy nạp điện nồng độ dung dịchđiện phân tăng dần Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân đểđánh giá trạng thái tích điện của ắc quy.

2.1.4 Các thông số cơ bản của ắc quy

Sức điện động của ắc qui chì và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dungdịch điện phân Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm:

E0  0,85 +  ( V )trong đó: E0 - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )

 - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm3 )

Trong quá trình phóng điện sức điện động của ắc qui được tính theo côngthức :

Ep  Up + Ip.rb

trong đó : Ep - sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V )

Ip - dòng điện phóng ( A )

Up - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)

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

Trong quá trình nạp sức điện động En của ắc qui được 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 (  )

Dung lượng phóng của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng cung cấpnăng lượng của ắc qui cho phụ tải, và được tính theo công thức :

Qp  Ip.tp

trong đó: Qp - dung dịch thu được 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 lượng nạp của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ nănglượng của ắc qui và được tính theo công thức :

Qn  In.tn

trong đó : Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( A.h )

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

tn - thời gian nạp điện ( h )

2.1.5 Đặc tính phóng nạp của ắc quy

2.1.5.1 Đặc tính phóng của ắc quy

Hình 2.3 Đặc tính phóng của ắc quy

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

Từ đặc tính phóng của ắc qui như 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 dốccủa các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gianphóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc qui (dòngđiện phóng)

Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột Nếu ta tiếptụccho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của ắc qui sẽ giảmrất 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 điệntrở lại cho ắc qui sau này Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phépcủa ắc qui, các giá trị E p, U p, ρ tại t gh được gọi là các giá trị giới hạn phóng điệncủa ắc qui, ắc qui không được phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%

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

động, điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây làthời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui Thời gian hồi phục này phụthuộc

vào chế độ phóng điện của ắc qui (dòng điện phóng và thời gian phóng)

2.1.5.2 Đặc tính nạp của ắc quy

Hình 2.4 Đặc tính nặp của ắc quyĐặc tính nạp của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sứcđiện động, điện áp ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạpkhi trị số dòng điện nạp không thay đổi.

Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét:

- Trong khoảng thời gian nạp từ 0 đến t = ts , sức điện động, điện áp, nồng

độ dung dịch điện phân tăng dần

- Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện tượng sôi) lúc này hiệu điện thế giữa các cực của ắc quy đơn tăng tới giá trị 2,4V Nếu vẫn tiếp tục nạp, giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên Thời gian này gọi là thời gian nạp no, có tác dụng làm cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực đƣợc biến đổi hoàn toàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của

ắc quy

- Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc quy kéo dài từ ( 2 ÷ 3 ) h, trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các cực của ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Như vậy dung lượng thu được khi ắc quy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no ắc quy Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc quy, nồng độ dung dịch

điện phân giảm xuống và ổn định Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉcủa ắc quy sau khi nạp Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắc quy Dòng điện nạp định mức đối với ắc quy quiđịnh bằng 0,05C20.

2.2 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN ẮC QUY

Với yêu cầu về công suất của UPS là 4.5 KVA, Ur = 120(V ) ta cần sử dụng máy biến áp Nếu coi hiệu suất của máy biến áp là 95% thì hiệu suất phía

là Ur = 12.10 = 120V Dòng điện nạp cho ắc quy là :

In= S nghịchlưu

U r = 4700120 = 39.16 (A)Với loại ắc quy 12V ta tra được nội trở trong của ắc là r = 0,0015 Ω Vậy nộitrở trong của bộ ắc quy làR aq= 0,0015.6.10 = 0,09 ( Ω) (Mỗi acqui có 6 ngăn) Mặt khác, tải của bộ chỉnh lưu là sức phản điện động của ắc quy, ở chế độ nạpvới dòng không đổi ta có:

Mặt khác, tải của bộ chỉnh lưu là sức phản điện động của ắc quy,

ở chế độ nạp với dòng không đổi ta có:

In.Raq + Eaq = Un

=> Un = In.Raq+ Eaq = 39.16 0,09 + 120 = 123,53 (V)

Như vậy ta có điện áp ra của khâu chỉnh lưu là: Ud = 123,53 V

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH CHỈNH LƯU 3.1 Phân tích

Do lấy năng lượng từ nguồn điện áp xoay chiều do vậy để chọn đượcchỉnh lưu hợp lý ta lần lượt xét ưu nhược điểm của từng loại sơ đồ:

Giữa sơ đồ đối xứng chỉnh lưu điều khiển và không điều khiển: Khi sửdụng sơ đồ không điểu khiển tức là các van toàn bằng diode Ta thấy giá thành

sẽ rẻ hơn nhiều tuy nhiên không thể điều chỉnh được điện áp ra cũng như khôngthể làm việc ở chế độ nghịch lưu Do vậy, để tối ưu đối với đề bài này ta phảidùng chỉnh lưu có điểu khiển

Giữa sơ đồ chỉnh lưu có điểu khiển đối xứng và không đối xứng: Ta thấy

sơ đồ chỉnh lưu không đối xứng có hệ số công suất cao do lợi dụng được tínhchảy quần của dòng điện trong mạch Ta thấy tải là ắcqui chỉ đòi hỏi điện áp mộtcực tính và không có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu thì việc sử dụng sơ

đồ bán điểu khiển là cần thiết Hơn nữa mạch chỉnh lưu không đối xứng sử dụng

ít van điểu khiển hơn nên mạch điểu khiển đơn giản hơn, giá thành thấp hơn

So sách giữa sơ đồ một pha và ba pha thì ta thấy với một công suất:

P=4.5 KVA<5 KVAthì sử dụng sơ đồ một pha là hợp lý nhất

So sánh sơ đồ tia và sơ đồ cầu cùng số pha ta thấy:

+ Sơ đồ tia đơn giản hơn, số van ít hơn 2 lần

+ Sơ đồ tia có sụt áp và tổn thất công suất chi trên một van nên ít hơn ở sơ đồcầu (hai van), tổn thất do mạch các van cũng tương tự như vậy

+ Sơ đồ cầu có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn hai lần so với sơ đồ tia

+ Sơ đồ cầu không nhất thiết phải có biến áp nguồn

+ Sơ đồ cầu cho ta dạng điện áp và dòng chỉnh lưu tốt hơn và độ nhấp nhô ít hơn

→ đối với sơ đồ tia kích thước cuộn kháng lọc lớn hơn

- Đối với sơ đồ 6 tia ta thấy:

+ Hiệu suất MBA được tận dụng tốt hơn

+ Điện áp và dòng chỉnh lưu tốt như ở sơ đồ cầu

Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu điểu khiển 1 pha bá đối xứng có cấu tạo đơn giản,

gọn nhẹ, dễ điều khiển, tiết kiệm van Thích hợp cho các máy có công suất nhỏ

và vừa

Kết luận: Qua phân tích các phương án trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha

bán điều khiển với những ưu điểm sau:

- Sử dụng 2 van thyristor, 2 van điốt tiết kiệm hơn nên giảm giá thành cho

bộ biến đổi

- Mạch lực và sơ đồ điểu khiển đơn giản

- Việc nạp ắc quy không có yêu cầu cao về chất lượng điện áp

- Có thể lấy điện áp trực tiếp từ nguồn điện không cần sử dụng MBA thayđổi U2 nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dân dụng

- Công suất nguồn UPS không lớn thích hợp với sơ đồ chỉnh lưu bán điểukhiển 1 pha

Hình 3.1 Mô phỏng mạch cầu 1 pha bán điểu khiển tải RDạng điện áp

Hình 3.2 Dạng điện áp đầu ra của chỉnh lưu cầuNguyên lý hoạt động:

 Nhóm cactot chung là các thyristor nên chúng được mở ở các thời điểm α

của nó Nhóm đấu anot chung là van diode nên chúng luôn mở tự nhiên theo điện áp nguồn: Đ1 mở khi u2 bắt đầu âm, Đ2 mở khi u2 bắt đầu dương

Do vậy sự dẫn của các van lần lượt là:

- Trong khoảng thời gian α ÷ π :T1Đ2dẫn ,u d =u2

- Trong khoảng thời gian π÷ (π+α) : Đ1Đ2dẫn , Đ1dẫn ở π và làm T1 khóa, T2

chưa dẫn nên Đ2 còn chưa mở khóa

- Trong khoảng (π +α)÷ 2 π : T2Đ1dẫn, T1dẫn và làm cho Đ2 khóa

- Trong khoảng thời gian 2π ÷(2 π+α): T2Đ2dẫn

Hình 3.3 Sơ đồ mạch động lực có bảo vệ và lọcCác thông số cơ bản:

- Điện áp trên tải:

3.2.2.1 Lựa chọn van thyristor :

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện toả nhiệt,điện áp làmviệc, các thông số cơ bản của van được tính như sau :

- Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu :

k dtUthường được chọn lớn hơn 1,6)

- Dòng điện làm việc của van:

I lv=I2d= 39,162 = 19,58 (A)

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, quạt đối lưu không khí ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn(k i=2,5 ¿:

- Điện áp ngược cực đại: Ungmax = 600V.

- Dòng điện định mức của van: Iđm = 50A

- Dòng điện đỉnh cực đại: Ipik= 1000A

- Dòng điều khiển: Ig= 150mA

- Điện áp điều khiển: Ug= 2,5V

- Dòng điện tự giữ : Ih = 200mA

- Dòng điện rò : Ir = 15mA

- Sụt áp khi van dẫn: U = 2,0V

- Tốc độ tăng áp: dU/dt = 500V/s

- Thời gian chuyển mạch: tcm = 120

- Thời gian chuyển mạch: tcm = 15μ

- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125oC

3.2.2.2 Tính chọn van Diode công suất:

- Dòng điện chỉnh lưu cực đại chảy qua điốt là:

- Dòng điện chỉnh lưu cực đại: Imax = 30A

- Điện áp ngược cực đại: Ungmax = 800V

- Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 350A

- Sụt áp ở chế độ dẫn: ∆U = 1,64V

- Dòng điện thử cực đại: Ith = 130A.

- Nhiệt độ cho phép: Tcp =175OC

3.2.3 Tính toán máy biến áp

3.2.3.1 Tính công suất máy biến áp

Để tính được máy biến áp ta cần các đại lượng sau: