Thiết kế mạch nạp acquy và pin tự động

Phần I: LÝ THUYẾT CHUNG 1.1.Giới thiệu chung về đề tài: Các linh kiện trong ngành điện tử sử dụng các nguồn khác nhau.. Tùy từng trường hợp mà sử dụng các thiết bị biến đổi tạo

ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN

Tên đề tài: “Thiết kế mạch nạp

acquy và pin tự động”

I)Yêu cầu của đề tài

-Dòng điện 220v xoay chiều

II: Nội dung cần hoàn thành

LỜI NÓI ĐẦU

Trước một nền khoa học và kỹ thuật ngày càng phát triển như hiện nay với nhiều linh kiện và sự sáng tạo mới đã giúp ích rất nhiều cho con người

như:Máy tính, xe đạp điện,ô tô-xe máy,…Nhưng chúng ta ít biết rằng không phải là khi chúng ta cắm điện 220v vào máy tính thì là máy có thể chạy ngay hay điện có trong xe là dòng điện đước cấp trực tiếp từ lưới điện 220V.Mà thực chất thì dòng điện 220V đó đã được biến đổi thành một dạng khác và dạng khác được nói ở đây chính là dòng điện một chiều và nó đã được tích trữ trong các ắc qui,pin,tụ điện…

Tuy bộ phận cấp nguồn một chiều chỉ là chỉ là một phần rất nhỏ của toàn bộ khối làm việc nhưng nó lại giữ một vai trò rất quan trọng và nếu thiếu nó thì cả khối đó sẽ khó có thể làm viêc có hiệu quả được.Cho nên chúng em đã quyết định chọn nghiên cứu và lắp ráp mạch cấp nguồn một chiều và một trong những ứng dụng thực tế là dùng để sạc ắc quy, pin…

Sự ra đời và phát triển nhanh chóng và ngày càng hoàn thiện của các linh kiện điện tử, đã tạo ra một bước đột phá mới làm thay đổi một cách sâu sắc, toàn diện cũng như thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển các thiết bị, hệ thống thiết

bị điện - điện tử, các thiết bị điều khiển…Nhằm đảm bảo tính liên tục và nâng cao chất lượng điện cung cấp cho các tải nhạy cảm (ví dụ như: các trung tâm máy tính, các bệnh viện, các sân bay…) mà không phụ thuộc vào trạng thái của các hệ thống cung cấp điện thì ngoài giải pháp duy nhất là sử dụng nguồn

điện lưới bình thường ta có thể sạc ắc quy

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

PHỤ LỤC

Lời nói đầu

Nhận xét của giáo viên, hội đồng

Phần I: Lý thuyết chung

1.1 Giới thiệu chung về đề tài

1.2 Yêu cầu đề bài và phương án thực hiện

1.2.1 Mục đích:

1.2.2 Phân tích yêu cầu đề bài và phương hướng thực hiện

2 Giới thiệu chung về các linh kiện điện tử

2.1 Giới thiệu chung về các linh kiện cơ bản

2.1.1: Linh kiện điện tử thụ động

2.1.1.1: Điện trở

2.1.1.2: Máy biến áp 2.1.1.3 : Bóng đèn 2.1.2: Linh kiện điện tử tích cực 2.1.2.1: Diode bán dẫn

2.1.2.2 :Transistor

2.12.4 :acquy

2.2.Lựa chọn linh kiện cho mạch

Phần II: Thiết kế và thi công mạch

2.1: Sơ đồ khối

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

2.3: Nguyên lý làm viêc của mạch điện:

2.4: Tính toán thông số của mạch:

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phần I: LÝ THUYẾT CHUNG 1.1.Giới thiệu chung về đề tài:

Các linh kiện trong ngành điện tử sử dụng các nguồn khác nhau Tùy từng trường hợp mà sử dụng các thiết bị biến đổi tạo ra các nguồn khác nhau từ nguồn bình thường 220V Khi gặp một số trường hợp như mất điện ta thường

sử dụng ắc quy để thắp sáng những thiết bị chiếu sáng sử dụng nguồn tiêu thụi nhỏ Khi dùng ắc quy sẽ mất điện tích ta cần nạp lại cho ăc quy khi có điện Vì vậy em chọn đề tài :” Thiết kế và chế tạo mạch sạc ắc quy tự động” Mạch sạc ắc quy này có khản năng tự ngắt khi đầy và có đèn báo hiệu khi ắc quy gần đầy Mặc dù trên thị trường có rất nhiều thiết bị sặc nhưng do giá thành cao và không được gọn nhẹ Để hạn chế được những nhược điểm của các sản phẩm trên thị trường chúng em đã thiết kế ra được mạch nạp acquy

1.2, Yêu cầu đề bài và phương án thực hiện

1.2.1 Mục đích:

Tạo ra nguồn một chiều 12v để sạc cho ắc quy

Có khẳn năng tự ngắt khi ăc quy đầy

1.2.2 Phân tích yêu cầu đề bài và phương hướng thực hiện:

Vì dòng làm việc lớn ( 5A) nên khi sử dụng linh kiện em chọn các thiết bị công suất để chịu được dòng lớn

Nguồn điện bình thường 220v AC mà sử dụng 9v DC

Như vậy, trước tiên cần máy biến áp để hạ áp xuống điện áp trong khoảng từ 9v trờ lên, qua các linh kiện và thiết bị trong mạch sẽ tạo ra điện áp cần dùng Sau đó ta chỉnh lưu về 1 chiều Có rất nhiều các chỉnh lưu như hình cầu, hình tia… Chỉnh lưu hình tia dòng điện sặc vào ắc quy sẽ có dạng sóng nhấp nhô giúp cho ắc quy chóng đầy tiết kiệm được thời gian, còn chỉnh lưu hình cầu dòng điện qua ắc quy bằng phẳng sạc sẽ lâu nhưng ắc quy được bảo vệ

Khi ắc quy đầy cần một chế độ báo và chế độ ngắt, em sử dụng tranzitor, đèn báo và diodezener để làm nhiệm vụ đóng ngắt khi ắc quy đầy

2.Giới thiệu chung về các linh kiện cơ bản

2.1:Linh kiện điện tử thụ động

Trong đó: R là điện trở Đơn vị là Ω

ρ là điện trở suất

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện của dây

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

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

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

Hình dạng điện trở trong các sơ đồ mạch điện tử

Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất ,

điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

Trở hường Trở sứ

Quy ước mầu Quốc tế

Mầu sắc Giá trị Mầu sắc Giá trị

* Công xuất của điện trở

Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất P tính được theo công thức

P = U I = U2 / R = I2.R

Theo công thức trên ta thấy, công xuất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầu điện trở Công xuất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính được trước khi lắp điện trở vào mạch

Nếu đem một điện trở có công xuất danh định nhỏ hơn công xuất nó sẽ tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy.Nên khi mắc điện trở các pác chú ý đến công suất của điện trở

Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh định > = 2 lần công xuất mà nó sẽ tiêu thụ

* Biến trở, triết áp :

Biến trở Là điện trở có thể chỉnh để

thay đổi giá trị, có ký hiệu là VR chúng

có hình dạng như sau :

Hình dạng biến trở vít xoay

Hình dạng trong các bộ điều chỉnh âm thanh

Hình dạng biến trở Ký hiệu trên sơ đồ

Biến trở thường ráp trong máy phục vụ

cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của

kỹ thuật viên, biến trở có cấu tạo như

hình bên

Cấu tạo của biến trở

Triết áp : Triết áp cũng tương tự

biến trở nhưng có thêm cần chỉnh

và thường bố trí phía trước mặt máy

cho người sử dụng điều chỉnh Ví

dụ như - Triết áp Volume, triết áp

Bass, Treec v.v , triết áp nghĩa là

triết ra một phần điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ chỉnh

Ký hiệu triết áp trên sơ đồ nguyên lý

Trong các mach điện

cấu tạo nên từ các vật liệu chịu nhiệt

+TỤ ĐIỆN - Cấu tạo & Điện dung

Tụ điện : Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng

rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động vv

1 Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá

Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hoá

2.Hình dáng thực tế của tụ điện

Hình dạng của tụ gốm

Hình dạng của tụ hoá

3 Điện dung , đơn vị và ký hiệu của tụ điện

* Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực

của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ S / d

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

• ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

• d : là chiều dày của lớp cách điện

• S : là diện tích bản cực của tụ điện

* Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó

trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) ,

a)Cấu tạo của máy biến áp:

M.b.a có các bộ phận chính sau: lõi thép, dây quấn và vỏ máy

Lõi thép: dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn

Theo hình dáng lõi thép người ta chia m.b.a thành hai loại:

- M.b.a kiểu lõi hay kiểu trụ (hình 9-3)

Loại này thông dụng

cho m.b.a một pha và ba pha công suất

nhỏ và trung bình

- M.b.a kiểu bọc (hình 9-4)

Loại này mạch từ được phân ra hai bên và ôm lấy

một phần dây quấn

M.b.a kiểu bọc thường chỉ dùng trong một vài ngành

chuyên môn đặc biệt như m.b.a dùng trong lò luyện kim,

m.b.a công suất nhỏ dùng trong kĩ thuật vô tuyến điện, âm thanh, Các m.b.a

hiện đại dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷ 100 MVA/1 pha), điện áp thật cao (≥ 220 kV), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho vận chuyển thì mạch

từ của m.b.a kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên và m.b.a có tên là m.b.a kiểu trụ-bọc

Lõi thép gồm 2 phần: Trụ và gông

- Trụ (T): phần trên đó có quấn dây,

- Gông (G): nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín, trên đó không có dây quấn

Lõi thép được ghép bằng những lá thép KTĐ dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện ở bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy

Trụ và gông có thể ghép riêng (ghép rời) sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại (hình 9-6)

Trụ và gông cũng có thể ghép xen kẽ: các lá thép làm trụ và làm

gôngđược ghép đồng thời, xen kẽ nhau lần lượt theo trình tự a, b như hình

9-7

a) Dây quấn đồng tâm: Tiết diện ngang là những đường tròn đồng tâm

Dây quấn CA thường quấn phía trong gần trụ thép, dây quấn HA quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn CA

Dây quấn đồng tâm có những kiểu chính sau:

Vỏ máy gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng

Thùng m.b.a Thùng máy làm bằng thép, hình dáng và kết cấu của thùng tuỳ

thuộc vào công suất của máy

Khi m.b.a làm việc, một phần năng lượng tiêu hao trong máy và thoảt

ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác của máy Để đảm bảo cho m.b.a vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (15 –

20 năm), không bị sự cố, cần phải tăng cường làm mát cho máy bằng cách ngâm toàn bộ lõi m.b.a trong thùng dầu Nhờ sự đối lưu trong dầu mà nhiệt độ được truyền từ các bộ phận bên trong m.b.a ra môi trường xung quanh Ngoài ra dầu m.b.a còn có nhiệm vụ tăng cường cách điện

Tuỳ theo dung lượng của m.b.a mà hình dáng và kết cấu của thùng dầu có khác nhau, có loại thùng phẳng (hình 9-12), loại có bộ tản nhiệt (hình 9-13), loại có quạt làm mát để tăng cường làm mát cho bộ tản nhiệt (hình 9-14)

Nắp thùng Nắp thùng dùng để đậy thùng và lắp đặt một số chi tiết quan

Mmáy biến áp hàn điện;

M.b.a tự ngẫu biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều

M.b.a thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao (thí nghiệm cao áp)

Máy biến áp có rất nhiều loại, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau Dưới đây chủ yếu xét đến máy biến áp điện lực một pha và ba pha

d) Các đại lượng định mức của máy biến áp:

Các đại lượng định mức của m.b.a đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy,

do nhà máy chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy, bao gồm:

Dung lượng định mức của m.b.a: Sđm (tính bằng VA hay kVA), là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp m.b.a

Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (tính bằng V hay kV) Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh

Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V, kV) là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức

Dòng điện dây sơ cấp và thứ cấp định mức I1đm và I2đm là các dòng điện dây của sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức (tính bằng A hay kA)

Với máy biến áp 1 pha:

dm

dm dm

U

S I

1

dm

dm dm

U

S I

U

S I

1 1

3

dm

dm dm

U

S I

2 2

- Dây tóc Có thời sử dụng sợi cacbon, sợi kim loại nhưng giờ phổ biến là dây kim loại Volfram Sợi này khi có dòng điện chạy qua sẽ nóng sáng và làm sáng bóng đèn

- Phần vỏ nhựa ở đuôi đèn, còn gọi là đui đèn Phần này có điểm tiếp dây điện với 2 phần dây nóng và dây nguội riêng, có tác dụng cách điện giữa 2 múi dây

và cách điện với phần bên ngoài của bóng đèn

Về cơ bản, bóng đèn tròn dây tóc có cấu tạo tương tự với bóng đèn tròn khí đốt Hiện giờ người ta xài bóng khí đốt vì đỡ tốn điện hơn và cũng có phần sáng hơn, ánh sáng cũng dịu hơn và lại ít bị ảnh hưởng nhiệt

2.1.2.Linh kiện diện tử tích cực

2.1.2.1.Diode bán dẫn

a Khái niệm

Diode bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ thụ động, cho phép dòng điện đi qua no theo 1 chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn

Hình dạng diode ngoài thực tế

b Phân cực cho diode

+) Phân cực thuận: Khi ta cấp điện áp dương (+)Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện

áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

* Phân cực ngược

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp

nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào

Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp

ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng.Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000

c Phân loại diode

Tìm hiểu cấu tạo và công dụng của các loại Diode : Diode ổn áp, Diode thu quang, Diode phát quang, Diode biến dung, Diode xung, Diode tách sóng, Diode nắn điện

* : Diode Zener

* Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp

bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

Thí nghiệm hoạt động của Zenner

Ký hiệu và ứng dụng của Diode zener trong mạch

Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng

Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi

Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA

Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA