Thiết kế mạch nạp ác quy - Đồ án tốt nghiệp BKHN chuyên ngành tự động hóa

dương một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cựcdương.Các bản sau khi được trát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiệnquá trình tạo cực, tức

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Võ MinhChính đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, chu đáo để giúp em hoàn thành tốt đồ ánnày.

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội , Ngày 20 Tháng 5 Năm 2018 Sinh viên thực hiện

Trần Đăng Thịnh

Em xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp này hoàn toàn là do tự bản thân thực hiện có

sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn và không sao chép các công trình nghiên cứu củangười khác Các số liệu, thông tin sử dụng trong bài là có nguồn gốc và được trích dẫn

rõ ràng và hoàn toàn đúng với thực tế

Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này!

Hà Nội , Ngày 20 Tháng 5 Năm 2018 Sinh viên thực hiện

Trần Đăng Thịnh

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, CÔNG THỨC

LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY 1

1.1 Giới thiệu chung về acquy 1

1.2 Cấu tạo của bình acquy axit 1

1.2.1.Vỏ bình 2

1.2.2 Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực 2

1.2.3 Dung dịch điện phân 3

1.2.4 Nắp, nút và thanh nối 4

1.3 Quá trình biến đổi hoá học trong acquy axit 4

1.3.1 Các đặc tính của acquy axit 5

1.3.2 Sức điện động của acquy axit 5

1.3.3 Dung lượng của acquy 6

1.3.4 Đặc tính phóng của acquy axit 6

1.3.5 Đặc tính nạp của acquy 8

1.4 Các phương pháp nạp điện cho acquy 9

1.4.1 Phương pháp nạp acquy với dòng nạp không đổi 9

1.4.2 Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi 11

1.4.3 Phương pháp nạp dòng áp 12

1.4.4 Kết luận 12

Chương 2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU 14

2.1 Giới thiệu chung 14

2.2 Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng 14

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 14

2.2.2 Dạng điện áp 15

2.2.3 Nguyên lí hoạt động 16

2.2.4.Nhận xét 16

2.3 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng 17

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp 17

3.2.2 Tính toán mạch bảo vệ quá điện áp 29

3.2.3 Tính toán mạch bảo vệ quá dòng 30

3.2.4 Tính toán mạch bảo vệ ngắn mạch, quá tải 30

3.2.5 Tính toán máy biến áp 30

Chương 4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 33

4.1 Mục đích và yêu cầu 33

4.2 Nguyên tắc điều khiển 34

4.2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 34

4.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” 35

4.3 Sơ đồ khối và chức năng 36

4.4 Khâu đồng pha 37

4.5 Khâu tạo xung đồng bộ 38

4.6 Khâu tạo điện áp tựa 40

4.7 Khâu so sánh 41

4.8 Khâu phản hồi 43

4.8.1 Phản hồi dòng điện 43

4.8.1 Phản hồi điện áp 44

4.9 Khối chuyển mạch nạp 45

4.10 Khâu tạo xung chùm 46

4.11 Khâu khuếch đại xung và biến áp xung 47

4.12 Khối nguồn nuôi mạch điều khiển 51

4.13 Mạch điều khiển 53

Kết Luận 58 Tài liệu tham khảo 59

Hình 1.1 Cấu tạo bình acquy 1

Bảng 1.1 Trạng thái năng lượng của acquy quan hệ với quá trình biến đổi hóa học của các bản cực và dung dịch điện phân 5

Hình 1.2 Sơ đồ mạch phóng và đặc tính phóng của acquy 7

Hình 1.3 Sơ đồ mạch nạp và đường đặc tính nạp 8

Hình 1.4 Nạp với dòng điện không đổi 10

Hình 1.5 Nạp với điện áp không đổi 11

Hình 1.6 Phương pháp nạp dòng áp cho acquy 13

Hình 2.1 Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng 14

Hình 2.2 Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha 15

Hình 2.3 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng 17

Hình 2.4 Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng 18

Hình 2.5 Mạch chỉnh lưu điều khiển không đối xứng cầu ba pha 20

Hình 2.6.Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển không đối xứng cầu ba pha 21

Hình 2.7 Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha 23

Hình 2.8 Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha 24

Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực 26

Hình 3.2 Sơ đồ máy biến áp 30

Hình 4.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 34

Hình 4.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “ARCCOS” 35

Hình 4.3 Sơ đồ khối bộ điều khiển 36

Hình 4.4 Mạch đồng pha 37

Hình 4.5 Khâu tạo xung đồng bộ 38

Hình 4.6 đồ thị điện áp đầu ra của khâu đồng bộ 39

Hình 4.7 Khâu tạo điện áp răng cưa 40

Hình 4.9 Khâu so sánh 42

Hình 4.10 Đồ thị điện áp đầu ra khâu so sánh 42

Hình 4.11 Khâu phản hồi dòng điện 43

Hình 4.12 Khâu phản hồi điện áp 44

Hình 4.13 Khâu chuyển mạch nạp 45

Hình 4.14 Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp khâu tạo xung chùm 46

Hình 4.15 Khâu khuếch đại xung 47

Hình 4.16 Khối nguồn nuôi mạch điều khiển 51

Hình 4.17 Máy biến áp nguồn 52

Hình 4.18 Mạch điều khiển 54

Hình 4.19 Điện áp đầu ra mạch điều khiển 54

Hình 4.20 Mạch mô phỏng 54

Hình 4.21 Điện áp đầu ra mạch mô phỏng 57

Ngày nay hầu như tất cả các máy móc trong công nghiệp cũng như trong cuộcsống đều cần sử dụng điện năng Trên thực tế, có những lúc rất cần nguồn năng lượngđiện mà khi đó ta lại không thể lấy được điện từ lưới được được

Bộ nạp acquy tự động được sử dụng rộng rãi trong nhiều nơi, nếu thiếu nó sẽkhông có nguồn điện vận hành, dự trữ cho các máy móc thiết bị mà các nguồn nănglượng điện khác không thể cung cấp đựơc đồng thời không thể đáp ứng được các chỉtiêu kinh tế kỹ thuật

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đồ án này chúng em đã cố gắng tìm hiểu những kiến thức và công nghệ tronglĩnh vực điều khiển các phần tử bán dẫn công suất Với yêu cầu thiết kế bộ nạp acquy

tự động, chúng em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ sao cho bảnthiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế

Mặc dù chúng em rất cố gắng tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em làm đồ ántốt nghiệp, trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những saisót, chúng em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để giúp chúng em hiểu rõ hơncác vấn đề cũng như để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Minh Chính đã tận tình hướng dẫn giúp emhoàn thành bản đồ án này

Hà Nội , Ngày 20 Tháng 5 Năm 2018 Sinh viên thực hiện

Trần Đăng Thịnh

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

1.1 Giới thiệu chung về acquy

Acquy là nguồn hoá hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khác nhau, nócung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trongdân dụng Khi sử dụng, acquy phóng hết dung lượng trong nó Lúc đó, ta tiến hành nạpđiện cho nó và acquy lại tiếp tục được tích trữ và phóng điện được Acquy thể hiệnnhiều chu kỳ phóng nạp nên ta có thể sử dụng được lâu dài

Trên thực tế hiện nay có nhiều loại acquy nhưng phổ biến và thường sử dụngnhất là hai loại acquy: acquy axit (acquy chì) và acquy kiềm Tuy nhiên, thông dụngnhất từ trước tới nay vẫn là acquy axit vì acquy axit có một vài tính năng tốt hơn acquykiềm như sau:

+ Sức điện động cao (với acquy axit là 2V, acquy kiềm là 1,2V)

+ Trong quá trình phóng, sự sụt áp của acquy axit nhỏ hơn so với acqui kiềm + Giá thành của acquy axit rẻ hơn so với acquy kiềm

+ Điện trở trong của acquy axit nhỏ hơn so với acquy kiềm

1.2 Cấu tạo của bình acquy axit

Bình acquy thông thường gồm vỏ bình các bản cực, các tấm ngăn và dung dịchđiện phân

Hình 1.1 Cấu tạo bình acquy

Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Trên mỗi ngăn acquy có các nắp làm kín, có nút để kiểm tra và bổ xung dungdịch điện phân Trên nút có lỗ thông hơi, tránh cho áp suất trong ngăn acquy bị tăngquá cao trong quá trình thực hiện phản ứng hoá học Cầu nối bằng chì để nối tiếp cácngăn của bình acquy

Đáy vỏ bình có làm các gân, một mặt làm tăng độ cứng cho vỏ, mặt khác để đỡcác phân khối bản cực tránh hiện tượng chập mạch bên trong acquy do các chất tácdụng rơi xuống đáy bình trong quá trình sử dụng

Bên ngoài vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có thểđược gắn các quai xách để việc di chuyển được dễ dàng hơn

1.2.2 Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực

Phân khối bản cực gồm: phân khối bản cực dương và phân khối bản cực âm.Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau Cấu tạo của một bản cựctrong acquy gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó Khung xương củabản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì có pha thêm 6÷8% antimon (Sb) và tạo hình dạng mặt lưới để tăng độ bền cơ học Phụ gia Sb thêmvào chì sẽ làm tăng thêm độ dẫn điện và cải thiện tính đúc Trong thành phần của chấttác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ ) để tăng độ xốp, độ bềncủa lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện phân dễ thấm sâu vào tronglòng bản cực, đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cựccũng được tăng thêm Phần đầu mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc quiđơn được hàn với nhau tạo thành phần khối bản cực dương, các bản cực âm hàn vớinhau tạo thành phân khối bản cực âm Số lượng các cặp bản cực trong mỗi ắc qui đơnthường từ 5 ÷ 8, bề dầy tấm bản cực dương của các ắc qui trước đây khoảng 2mmngày nay với các công nghệ tiên tiến đã giảm xuống còn từ 1,3÷ 1,5 mm, bản cực âmthường mỏng hơn 0,2÷ 0,3 mm Số bản cực âm trong acquy đơn nhiều hơn số bản cực

dương một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cựcdương.

Các bản sau khi được trát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiệnquá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạpvới dòng điện một chiều với trị số nhỏ Sau quá trình như vậy chất tác dụng ở các bảncực dương hoàn toàn trở thành PbO2 ( màu gạch sẫm) Sau đó các bản cực dương đượcđem rửa, sấy khô và lắp ráp

Những phân khối bản cực cùng tên trong một acqui được hàn với nhau tạothành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn để nối ratải tiêu thụ Chú ý nếu ta muốn tăng dung lượng của acquy thì ta phải tăng số tấm bảncực mắc song song trong một acquy đơn Thường người ta lấy từ 5÷8 tấm Còn muốntăng điện áp danh định của acquy thì ta phải tăng số tấm bản cực mắc nối tiếp

1.2.3 Dung dịch điện phân

Dung dịch điện phân trong bình acquy là loại dung dịch axit sunfric (H2SO4)được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ qui định tuỳ thuộc vàođiều kiện khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn Nồng độ dụng dịch axit sunfric γ =(1,1 ÷ 1,3) g/ cm3 Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện độngcủa acquy

Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân vớicác nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không quá1,1g/cm3 Với các nước lạnh (vùng cực), nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới1,3g/cm3 Trong điều kiện khí hậu nước ta thì mùa hè nên chọn nồng độ dung dịchkhoảng (1,25 ÷ 1,26) g/cm3, mùa đông ta nên chọn nồng độ khoảng 1,27g/cm3 Cầnnhớ rằng : nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chóng hỏng bản cực, dễ bịsunfat hoá trong các bản cực nên tuổi thọ của acquy cũng giảm đi rất nhanh Nồng độquá thấp thì điện dung và điện áp định mức của acquy giảm và ở các nước xứ lạnh thìdung dịch vào mùa đông dễ bị đóng băng

Chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho acquy:

+ Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại kỹ thuậtthông thường và nước không phải là nước cất vì dung dịch như vậy sẽ làm tăng cường

Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

+ Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh, chất dẻo chịu axit Chúngphải sạch, không chứa các muối khoáng, dầu mỡ hoặc chất bẩn

+ Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế, tuyệt đối không được đổ nướcvào axit đặc mà phải đổ từ từ axit vào nước và dùng que thuỷ tinh khuấy đều

1.2.4 Nắp, nút và thanh nối

Nắp được làm bằng nhựa ebonit hoặc bằng bakelit Nắp có hai loại:

+ Từng nắp riêng cho mỗi ngăn

+ Nắp chung cho cả bình - loại này kết cấu phức tạp nhưng độ kín tốt

Trên lắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào các ngăn và kiểm tra mức dung dịch điệnphân, nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong acquy

Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân không bịbẩn và sánh ra ngoài Ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài lúc nạp ácquy

Nắp một số loại acquy có lỗ thông khí riêng nằm sát lỗ đổ, kết cấu như vậy rất thuậntịên cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình acquy Trong trường hợp này, ở nútkhông có lỗ thông khí nữa

Thanh nối thường làm bằng chì, dùng để nối các ngăn acquy đơn với nhau

1.3 Quá trình biến đổi hoá học trong acquy axit

Acquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dướidạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng.Quá trình acquy cungcấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình nạp điện Phản ứng hoá học biểu diễn quátrình chuyển hoá năng lượng của acquy có dạng:

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ↔ 2PbSO4 + 2H2O

Trạng thái acquy Bản cực dương Dung dịch điện

H2SO4

↨H2O

Pb

↨PbSO4Bảng 1.1 Trạng thái năng lượng của acquy quan hệ với quá trình biến đổi

hóa học của các bản cực và dung dịch điện phân

Từ bảng 1.1, ta thấy trong quá trình phóng, nạp, nồng độ dung dịch điện phân củaacquy thay đổi Khi acquy phóng điện, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần; khiacquy được nạp điện, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do đó ta có thể căn cứvào nồng độ

dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của acquy

1.3.1 Các đặc tính của acquy axit

Mỗi ngăn của bình acquy là một acquy đơn có đầy đủ các tính chất đặc trưngcho cả bình Sở dĩ người ta nối tiếp nhiều ngăn lại thành bình acquy là để tăng điện ápđịnh mức của bình acquy Do đó khi nghiên cứu đặc tính của bình acquy ta chỉ cầnkhảo sát một bình acquy đơn là đủ

1.3.2 Sức điện động của acquy axit

Sức điện động của acquy axit phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực, tức

là phụ thuộc vào đặc tính lý hoá của vật liệu làm các bản cực và dung dịch điện phân

mà không phụ thuộc vào kích thước của các bản cực

Sức điện động của acquy chì - axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân.Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm:

E0 = 0,85 + γTrong đó:

+ E0: Sức điện động tĩnh của acquy đơn, tính bằng vôn

+ γ: Nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ 15˚C, g/cm3

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

Ep = Up + Ip.raq

Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

+ Ep: Sức điện động của ắc qui phóng điện

+ Ip: Dòng điện phóng

+ Up: Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện

+ raq: Điện trở trong của acquy khi phóng điện

Trong quá trình nạp điện, sức điện động En acquy được tính theo công thức:

En = Un - In.raqTrong đó:

+ En: Sức điện động của acquy nạp điện

+ In: Dòng điện nạp

+ raq: Điện trở trong của acquy khi nạp điện

1.3.3 Dung lượng của acquy

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

Cp = Ip.tp (A.h)Trong đó:

+ Cp: Dung lượng thu được trong quá trình phóng điện, A.h

+ Ip: Dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp

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

Cn = In.tn (A.h)

Trong đó:

+ Cn: Dung lượng thu được trong quá trình nạp điện, A.h

+ In : Dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tn

1.3.4 Đặc tính phóng của acquy axit

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

Hình 1.2 Sơ đồ mạch phóng và đặc tính phóng của acquy

Từ đồ thị ta có các nhận xét sau:

Trong khoảng thời gian phóng từ tp =0 cho tới điểm tp = tgh, sức điện động, điện

áp và nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độdốc của các đồ thị là 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 (dòng điện phóng ) củaacquy

Từ thời điểm tgh trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột nếu ta tiếp tục choacquy phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh, mặtkhác các tinh thể sunfat chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn, khóhoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho acquy sau này Thờiđiểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của acquy, các giá trị Ep,Up,γ tại tgh gọi làcác giá trị giới hạn phóng điện cho pho phép của acquy

Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động,điện áp của acquy, nồng độ của dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đó là thời gianhồi phục hay khoảng nghỉ của acquy, thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độphóng điện của acquy (dòng điện phóng và thời gian phóng )

Để đánh giá khả năng cung cấp điện của acquy có cùng điện áp danh nghĩa,người ta quy định so sánh dung lượng phóng điện thu được của acquy khi tiến hành thínghiệm ở chế độ phóng điện cho phép là 20h Dung lượng phóng trong trường hợp nàyđược kí hiệu là C20

1.3.5 Đặc tính nạp của acquy

Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điệnđộng, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòngđiện nạp không thay đổi

Hình 1.3 Sơ đồ mạch nạp và đường đặc tính nạp

có tác dụng làm cho các phần chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổihoàn toàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của acquy

+ Trong sử dụng, thời gian nạp no cho acquy thường kéo dài từ 2÷3 giờ,trong suốt thời gian đó, hiệu điện thế trên các cực của acquy và nồng độ dung dịchđiện phân là không đổi Như vậy dung lượng thu được khi acquy phóng điện luôn nhỏhơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy

+ Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, nồng độ dungdịch điện phân giảm xuống và ổn định Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ củaacquy sau khi nạp Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọcủa acquy Dòng điện nạp điện nạp định mức đối với acquy qui định bằng 0,1.C20

1.4 Các phương pháp nạp điện cho acquy

1.4.1 Phương pháp nạp acquy với dòng nạp không đổi

Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi cho phép cho dòng điện thíchhợp cho từng loại acquy, đảm bảo cho acquy được nạp no Đây là phương pháp sửdụng trong các xưởng bảo dưỡng, sửa chữa để nạp điện cho các acquy mới hoặc nạpđiện cho các acquy bị sunfat hoá

Với phương pháp nạp này các acquy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoảmãn điều kiện:

U n ≥ 2,7 N aq

Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Trong đó:

+ Un : Điện áp nạp (V)

+ Naq: Số ngăn acquy đơn mắc trong mạch nạp

Hình 1.4 Nạp với dòng điện không đổiTrong quá trình nạp, sức điện động của acquy tăng dần, để duy trì dòng điệnnạp không đổi ta phải bố chí trong mạch nạp biến trở R Trị số giới hạn của biến trởđược xác định theo công thức:

Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài người ta đã sử dụng phươngpháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Trong trường hợp nạp hai nấcthì dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3÷ 0,5)C20 và kết thúc nạp ở nấc một khiacquy bắt đầu sôi Dòng điện nạp ở nấc thứ hai bằng 0,05C20

1.4.2 Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi

Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi yêu cầu các acquyđược mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không thay đổi vàđược tính bằng từ (2,3÷ 2,5)V cho một ngăn acquy đơn

Hình 1.5 Nạp với điện áp không đổiHiệu điện thế của nguồn nạp phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3% và đượctheo dõi bằng vôn kế

Để khắc phục nhược điểm và tận dụng được hết những ưu điểm của các phươngpháp trên, ta kết hợp hai phương pháp nạp lại thành phương pháp dòng – áp Đây cũng

là phương pháp nạp mà chúng ta chọn để thiết kế mạch điều khiển cho nguồn nuôi nạp

Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian tn=16htương ứng với 75 ÷ 80% dung lượng acquy ta nạp với dòng điện không đổi là In =0,1C20 Vì theo đặc tính nạp của acquy trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện khôngđổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải chothiết bị nạp Sau thời gian 16h acquy bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn

áp Khi thời gian nạp được 20h thì acquy bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2÷ 3h Các quá trình nạp acquy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp vớiđiện áp bằng điện áp trên 2 cực của acquy, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không

1.4.4 Kết luận

+ Vì tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi acquyđói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong acquy sẽ dâng nênkhông kiểm soát được sẽ làm sôi acquy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vậytrong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho acquy

+ Khi dung lượng acquy dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn địnhdòng nạp thì acquy sẽ sôi và làm cạn nước Do đó đến giai đoạn này ta lại phảichuyển chế độ nạp acquy sang chế độ nạp ổn áp Chế độ ổn áp được giữ chođến khi acquy đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cực của acquy bằng vớiđiện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trìnhnạp

Do vậy đối với acquy axit ta nạp với các dòng điện nạp:

+ Dòng nạp ổn định In = 10% C20

+ Dòng nạp cưỡng bức In= (0,3÷0,5)C20

Hình 1.6 Phương pháp nạp dòng áp cho acquy

Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

Chương 2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU

2.1 Giới thiệu chung

Bộ chỉnh lưu là thiết bị dùng để chuyển đổi nguồn xoay chiều thành nguồn điệnmột chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều

Trong kỹ thuật có nhiều phương án chỉnh lưu như: chỉnh lưu không điều khiển(chỉnh lưu điốt), chỉnh lưu điều khiển (chỉnh lưu tiristor), chỉnh lưu một pha, ba pha,sáu pha Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn lựa các phương án chỉnh lưu phùhợp nhằm đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật và kinh tế

Vì yêu cầu là chỉnh lưu điều khiển nên ta chọn phương án chỉnh lưu tiristor vàsau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển Tiristor cơ bản

2.2 Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng

2.2.2 Dạng điện áp

Hình 2.2 Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha

Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

2.2.3 Nguyên lí hoạt động

+ Trong khoảng (α ÷ π): van T1 và T3 dẫn, Id = IT1 =IT3, Ud=U21

+ Trong khoảng (π+α ÷ 2π): van T2 và T4 dẫn, Id= IT2= IT4, Ud=U22

+ Trong khoảng (2π ÷ 3π+α): van T1 và T3 dẫn, Ud=U21

Quá trình được lặp đi lặp lại ở các chu kì tiếp theo

U I R



+ Dòng điện qua van: T 2d

I

+ Điện áp ngược trên van: U ngmax = 1,41U 2

+ Dòng điện phía thứ cấp: I 2 = 0,58I d

+ Dòng điện phía sơ cấp: I 1 = 1,11.I d .K ba

+ Công suất tải: P d = U d .I d

+ Công suất máy biến áp: S ba = 1,23 P d

2.2.4.Nhận xét

Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha đối xứng có cấu tạo phức tạp hơnmạch chỉnh lưu điều khiển một pha có điểm trung tính Mạch sử dụng nhiều kênh điềukhiển hơn, điện áp và dòng điện liên tục trong suốt quá trình làm việc Mạch thườngđược sử dụng trong những mạch có công suất nhỏ và vừa

2.3 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp

Hình 2.3 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng

Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

Hình 2.4 Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối

xứng

2.3.2 Nguyên lý hoạt động

Trong sơ đồ các điốt D1, D2 vẫn mở tự nhiên ở đầu các nửa chu kỳ: D1 mở khiu2 âm; D2 mở khi u2 dương Các Tiristor mở theo góc mở α Tuy nhiên các van khoátheo nhóm: D1 dẫn sẽ làm T1 (cùng nhóm catốt chung) khoá, T1 dẫn sẽ làm D1 khoá;Tương tự D2 dẫn thì T2 khóa, T2 dẫn thì D2 khoá

Khi θ = α cho xung điều khiển mở T1

Trong khoảng θ = (α ; π): T1, D2 dẫn, ud = u2

Trong khoảng θ = ( π ; π+ α ): D1, D2 dẫn; D1 dẫn ở π và làm T1 khoá; T2 chưa

khoá nên D2 còn mở chưa khoá

Trong khoảng θ = (π+ α ; 2π): D1, T2 dẫn; T1 dẫn làm D2 khoá, ud = -u2.

+ Điện áp ngược lớn nhất qua van: U ngmax = 2,83U 2

+ Công suất tải: P d =U d .I d

+ Công suất máy biến áp: S ba = 1,48 P d

Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

2.3.3 Nhận xét

+ Hệ số của sơ đồ cầu không đối xứng cao hơn so với sơ đồ cầu đối xứng + Sơ đồ này không cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

+ Mạch thường được sử dụng với tải có công suất nhỏ và vừa

+ Số van giảm so với sơ đồ cầu đối xứng giá thành hạ

2.4 Chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha không đối xứng

2.4.1 Sơ đồ nguyên lí

Hình 2.5 Mạch chỉnh lưu điều khiển không đối xứng cầu ba pha

Hình 2.6.Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển không đối xứng cầu ba

pha

2.4.3 Nguyên lí hoạt động

Trong sơ đồ này sử dụng:

+ 3 Tiristor ở nhóm Katot chung

+ 3 Diot ở nhóm Anot chung

Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

2

7 6

3 63

2

7 6

3 63

3

c

U  ��  ��

Giá trị trung bình của dòng tải: I d = U d /R

Giá tri trung bình của dòng chảy trong Tiristor và Diot: I T = I D = I d /3

Giá trị điện áp ngược lớn nhất: U ngmax = U 2

Công suất tải: P d = U d I d

Công suất máy biến áp: S ba = P d

Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

2.5.2 Dạng điện áp

Hình 2.8 Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha

2.5.3 Nguyên lý hoạt động

Mỗi Tiristor được phát 2 xung điều khiển Xung thứ nhất xác địnhgóc mở α.Xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải

2.5.4 Một số công thức cơ bản

+ Dòng điện áp trên tải: U d = U do cosα = 2,34U 2 cosα

+ Dòng điện trên tải: I d = U d /R d

+ Dòng điện trung bình qua van: I T = I d /3

+ Điện áp ngược đặt lên van: U ng = 2,45U 2

+ Dòng điện phía thức cấp: I 2 = 0,816I d

+ Dòng điện phía sơ cấp: I 1 = 0,816I d K ba

+ Công suất máy biến áp: S ba =1,05P d

+ Công suất tải: P d = U do I d

2.5.5 Nhận xét

Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha thường được sử dụng rộng dãitrong thực tế, mạch cho ra chất lượng điện áp bằng phảng, dòng điện chạy qua tải liêntục trong suốt quá trình làm việc Mạch chỉnh lưu này thường được áp dụng với nhữngmạch có công suất lớn vì dòng điện chạy qua mỗi van chỉ chỉ chạy trong 1/3 chu kỳ

+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu một pha đốixứng

+ Đơn giản với 2 tiristor nên mạch điều khiển có it kênh điều khiển hơn, bảo đảmkinh tế hơn

+ Cùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều khiểnchính xác hơn

Chương 4: Tính toán và thết kế mạch điều khiển

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 3.1 Sơ đồ mạch lực

Chọn mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng có sơ đồ mạch lực như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ mạch lựcTrong đó:

+ AT: Aptômat có nhiệm vụ bảo vệ quá tải, ngắn mạch đồng thời làm nhiệm vụ đóng cắt điện cho mạch lực

+ R-C: Mắc song song với các tiristor có tác dụng bảo vệ các tiristor khỏi quá áp khi chuyển mạch

+ V : Vônkế đo điện áp tải

+ A : Ampekế đo dòng tải

+ Rs : Điên trở sun lấy tín hiệu phản hồi dòng về mạch điều khiển

+ Rf : Lấy tín hiệu phản hồi áp về mạch điều khiển