Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế bộ nạp ăc qui tự động pptx

Các bản sau khi được trát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp với dòng điện một chiều v

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bộ nạp ăc qui tự

động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế bộ nạp ác quy tự động với các thông số sau:

+ Điện áp nguồn (VAC): 3 x 220 (± 10%)

+ Tần số điện áp : 50 Hz + Dung lượng nạp : 40 Ah + Số lượng acqui : 100

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUI

-

Acqui là nguồn hoá hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khác nhau,

nó cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trong dân dụng

Khi acqui phóng hết dung lượng ta tiến hành nạp điện cho nó và sau đó acqui lại tiếp tục phóng điện được Acqui có thể hiện nhiều chu kỳ phóng nạp nên ta

có thể sử dụng được lâu dài

Trong thực tế kĩ thuật có nhiều loại acqui nhưng phổ biến và thường dùng nhất là hai loại acqui : acqui axit (acqui chì ) và acqui kiềm Tuy nhiên trong thực tế thông dụng nhất từ trước tới nay vẫn là acqui axit vì so với acqui kiềm thì acqui axit có một vài tính năng tốt hơn như:

+ Sức điện động cao (với acqui ăxit là 2V, ăcqui kiềm là 1,2V )

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

+ Điện trở trong của acqui axit nhỏ hơn so với ăcqui kiềm

Vì vậy trong đồ án này em chọn loại acqui axit để nghiện cứu công nghệ và thiết kế nguồn nạp acqui tự động

I.1 Cấu tạo của bình acqui axit (acqui chì)

Bình acqui thông thường

gồm vỏ bình các bản cực, các

tấm ngăn và dung dịch điện

phân

I.1.1 Vỏ bình:

Vỏ bình acqui axit hiện nay

được chế tạo bằng nhựa êbônit

hoặc anphantơpéc hay cao su

nhựa cứng chịu a-xít và có khả

năng cứng vững, chống va

đập

Phía trong vỏ bình tuỳ theo

điện áp danh định của acqui

mà chia thành các ngăn riêng

biệt và các vách ngăn này

được ngăn cách bởi các ngăn

kín và chắc

Mỗi ngăn được gọi là một

ngăn acqui đơn

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

Đáy vỏ bình có làm các gân, một mặt làm tăng độ cứng cho vỏ, mặt khác để

đỡ các phân khối bản cực tránh hiện tượng chập mạch bên trong ắc qui do các chất tác dụng 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 thể được gắn các quai xách để việc di chuyển được dễ dàng hơn

I.1.2 Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực:

âm Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau Cấu tạo của một bản cực trong ắc qui gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó Khung xương của bản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc

từ chì có pha thêm 5÷ 8% antimon (Sb) và tạo hình dạng mặt lưới Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng thêm độ dẫn điện và cải thiện tính đúc Trong thành phần của chất tác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện

1 2

3

1.Vấu bản cực; 2.Chất tác dụng; 3.Cốt bản cực

Hình I.1 Cấu tạo của bản cực

phân dễ thấm sâu vào trong lòng bản cực, đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm Phần đầu mỗi bản cực

có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc qui đơn được hàn với nhau tạo thành phần khối bản cực dương, các bản cực âm hàn với nhau tạo thành phân khối bản cực âm Số lượng các cặp bản cực trong mỗi ắc qui đơn thường từ 5 ÷ 8, bề dầy tấm bản cực dương của các ắc qui trước đây khoảng 2mm ngày nay với các công nghệ tiên tiến đã giảm xuống còn từ 1,3÷ 1,5 mm, bản cực âm thường mỏng hơn 0,2÷ 0,3 mm Số bản cực âm trong ắc qui đơn nhiều hơn số bản cực dương một

bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực dương

Các bản sau khi được trát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp với dòng điện một chiều với trị số nhỏ Sau quá trình như vậy chất tác dụng

ở các bản cực dương hoàn toàn trở thành PbO2 ( màu gạch sẫm) Sau đó các bản cực dương được đem rửa, sấy khô và lắp ráp

Những phân khối bản cực cùng tên trong một acqui được hàn với nhau tạo thành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn để nối ra tải tiêu thụ

Với chú ý rằng, nếu ta muốn tăng dung lượng của ăcqui thì ta phải tăng số tấm bản cực mắc song song trong một acqui đơn Thường người ta lấy từ 5 ÷8 tấm Còn muốn tăng điện áp danh định của acqui thì ta phải tăng số tấm bản cực mắc nối tiếp

I.1.3.Tấm ngăn:

Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện nhau bởi các tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn được làm rộng hơn so với các bản cực

Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cựa bản âm và dương, đồng thời để đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng acqui Các tấm

ngăn ở đây phải là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích hợp để không ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản cực

Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, mịn, dày khoảng từ 0,8÷1,2 mm và có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn một mặt có hình sóng hoặc gồ hướng về phía bản cực dương nhằm tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung dịch lưu thông tốt hơn

I.1.4 Dung dịch điện phân:

được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ qui định tuỳ thuộc

vào điều 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 động của acqui

Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân với các nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không quá 1,1g/cm3 Với các nước lạnh (vùng cực), nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới 1,3g/cm3 Trong điều kiện khí hậu nước ta thì mùa hè nên chọn nồng

độ dung dịch khoảng (1,25 ÷ 1,26) g/cm3, mùa đông ta nên chọn nồng độ khoảng 1,27g/cm3 Cần nhớ rằng : nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chóng hỏng bản cực, dễ bị sunfat hoá trong các bản cực nên tuổi thọ của acqui cũng giảm đi rất nhanh Nồng độ quá thấp thì điện dung và điện áp định mức của acqui giảm và ở các nước xứ lạnh thì dung dịch vào mùa đông dễ bị đóng băng

9 Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho acqui:

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

độ quá trình tự phóng điện của acqui

- Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh, chất dẻo chịu axit Chúng phải 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 nước vào axit đặc mà phải đổ từ từ axit vào nước và dùng que thuỷ tinh khuấy đều

I.1.5 Nắp, nút và cầu nối:

Nắp được làm bằng nhựa êbônit 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 điện phân, 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 bị bẩn và sánh ra ngoài Ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài lúc nạp

ác quy

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

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

I.2 Quá trình biến đổi hoá học trong acquy axit

Acqui 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 ắc-qui cung cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình nạp điện.Phản ứng hoá học biểu diễn quá trình chuyển hoá năng lượng của ắc qui có dạng:

PbO2+2SO4H2(H2O) + Pb SO4Pb + 4H2O + SO4Pb

B/cực dương D/d điện phân B/cực âm B/cực dương D/d điện phân B/cực âm

Trạng thái ắcqui Bản cực dương Dương dịch điện

phân

Bản cực âm Nạp no

Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của ắcqui

I.3 Các đặc tính của acqui axit:

Mỗi ngăn của bình acqui là một acqui đơn có đầy đủ các tính chất đặc trưng cho cả bình Sở dĩ người ta nối tiếp nhiều ngăn lại thành bình acqui là để tăng điện áp định mức của bình acqui Do đó khi nghiên cứu đặc tính của bình acqui

ta chỉ cần khảo sát một bình acqui đơn là đủ

I.3.1 Sức điện động của acqui axit:

* Sức điện động của acqui 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 ắc qui chì –axít phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm:

Trong đó:

Phóng điện Nạp điện

E0 - Sức điện động tĩnh của ắc qui đơn, tính bằng vôn

γ - Nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ 15oC, g/cm3 (V)

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

Trong đó:

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

En = Un - In.raq

Trong đó:

I.3.2 Dung lượng của acqui:

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

Trong đó:

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

Trong đó:

I.3.3 Đặc tính phóng của acqui axit:

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

Hình I.2 Sơ đồ mạch phóng và đặc tính phóng

Từ đồ thị ta có các nhận xét sau:

điện áp và nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị là không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện (dòng điện phóng ) của acqui

thô, rắn, khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho acqui sau này Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của acqui, các giá trị Ep,Up,γ tại tgh gọi là các giá trị giới hạn phóng điện cho pho phép của acqui

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

Để đánh giá khả năng cung cấp điện của acqui có cùng điện áp danh nghĩa, người ta quy định so sánh dung lượng phóng điện thu được của acqui khi tiến hành

Vùng phóng điện cho phép

I (A) E , U(V)

20

2 1.5

Cp= Ip tp

tgh

thí nghiệm ở chế độ phóng điện cho phép là 20h Dung lượng phóng trong

I.3.4 Đặc tính nạp của acqui:

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

Hình I.3 Sơ đồ mạch nạp và đường đặc tính nạp

Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét sau:

độ dung dịch điện phân tăng dần lên

- Tới thời điểm tn =ts trên bề mặt các bản cực xuất hiện các bọt khí do dòng điện điện phân nước thành ôxy và hyđrô (còn gọi là hiện tượng sôi), lúc này trên điện thế giữa các cực của acqui đơn tăng tới giá trị 2,4V Nếu ta tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7V và giữ nguyên Thời gian nạp này gọi là thời

Khoản

g nghỉ1,95V

Vùng nạp chính

Un

Cn= In tn

gian nạp no, có tác dụng làm cho các phần chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi hoàn 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 dịch điện

phân là không đổi Như vậy dung lượng thu đuọc khi acquy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy

Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của acquy sau khi nạp

Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của acquy Dòng điện nạp điện nạp định mức đối với acquy qui định bằng 0,1.C20

II CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ĐIỆN CHO ACQUI

II.1 Phương pháp nạp acquy với dòng nạp không đổi

Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi cho phép cho dòng điện thích hợp cho từng loại acquy, đảm bảo cho acquy được nạp no Đây là phương pháp

sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng, sửa chữa để nạp điện cho các acquy mới hoặc nạp điện cho các acquy bị sunfat hoá

Với phương pháp nạp này các ác quy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả mãn điều kiện:

D

A

+ -

R

R

+ +

-

-

A

U n

Hình I.4 Nạp với dòng điện không đổi

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

n

aq n

I

N U

=

Nhược điểm của phương pháp này nạp với dòng áp không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp phải có cùng cỡ dung lượng định mức

Để khăc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài người ta đã sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Trong trường hợp nạp

II.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 acquy được mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không thay đổi và được tính bằng từ (2,3÷ 2,5)V cho một ngăn acquy đơn

Hình I.5 Nạp với điện áp không đổi

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

và được theo dõi bằng vônkế

Un A V

Dòng nạp:

aq

aq n n

R

E U

giảm đi khá nhanh

Phương pháp nạp với điện áp nạp không thay đổi có thời gian nạp ngắn, dòng điện nạp tự động giảm dần theo thời gian Tuy nhiên dùng phương pháp này acquy không nạp được no, vì vậy phương pháp nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử dụng

Để khắc phục nhược điểm và tận dụng được hết những ưu điểm của các phương pháp 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 tự động trong đồ án này

Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian

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 16h acqui bắt đầu sôi lúc đó

ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp Khi thời gian nạp được 20h thì acqui bắt đầu

no, ta nạp bổ xung thêm 2÷ 3h

Các quá trình nạp acqui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn

áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của acqui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm

về không

II.4.Kết luận:

+ Vì tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi

acqui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong acqui sẽ dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi acqui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho acqui

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

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

R

+ +

CHƯƠNG II PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU

Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn lựa các phương án chỉnh lưu phù hợp 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 và sau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển Tiristor cơ bản

II MỘT SỐ SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN TIRISTOR

II.1 Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng

II.1.1 Sơ đồ nguyên lí

α G1

3Π 2Π

Π 0

II.1.3 Nguyên lí hoạt động

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

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

2

d

I

II.1.4.Nhận xét:

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

II 2 Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng

II.2.1 Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp.

θ

0

θ

θθ

II.2.2 Nguyên lý hoạt động

Trong sơ đồ các điốt Đ1, Đ2 vẫn mở tự nhiên ở đầu các nửa chu kỳ: Đ1 mở

van khoá theo nhóm: Đ1 dẫn sẽ làm T1 (cùng nhóm catốt chung) khoá, T1 dẫn

sẽ làm Đ1 khoá; Tương tự Đ2 dẫn thì T2 khóa, T2 dẫn thì Đ2 khoá

chưa khoá nên Đ2 còn mở chưa khoá

1

απ

+ Công suất máy biến áp: Sba = 1.48 Pd

II.2.3 Nhận xét

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

II.3 CHỈNH LƯU ĐIỂN KHIỂN CẦU BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG II.3.1 Sơ đồ nguyên lí

II.3.2 Dạng điện áp

II.3.3 Nguyên lí hoạt động

θ θ

Trong sơ đồ này sử dụng:

+ 3 Tiristor ở nhóm Katot chung

+ 3 Diot ở nhóm Anot chung

Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

Trong đó:

πθ

θπ

απ

θθπ

α π

α π

α π

α π

2

63sin

22

3

cos2

63sin

22

3

2 6

11

6 7

2 2

2 6

11

6 7

2 1

U d

U U

U d

U U

2 sin(

39 U

) 3

2 sin(

39 U

sin 39 U

c b a

π + θ

=

π

− θ

3

d D T

I I

Giá trị điện áp ngược lớn nhất:

Công suất máy biến áp:

Do vậy ta chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển 1 pha không đối xứng Mạch

có những ưu điểm sau:

+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu 1pha đối xứng

+ Đơn giản hơn vì số lượng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều khiển có it kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn

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

CHƯƠNG III

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

II TÍNH TOÁN MẠCH LỰC

Số liệu cho trước:

162 14 , 3 2

0 , 2

n

aq n

I

N U

R

Dòng điện nạp chạy qua Tiristor:

A I

14 , 3 2

52 , 0 14 , 3 40 2

14 , 3 2

52 , 0 14 , 3 40 2

=

π

α π

Giá trị của dòng chạy qua cuộn thứ cấp của cuộn biến thế:

A I

14 , 3

52 , 0 1 40 1

π α

Điện áp ngược đặt lên Tiristor và Diot:

V x

Do vậy tra sổ tay ta được:

Chọn 2 Tiristor T35N500BOF(bảng p.2 trang 211 sách Tính toán và thiết kế

các thiết bị Điện tử công suất _Trần Văn Thịnh) có các thông số như sau:

+ Tổn thất điện áp: ∆U = 2V

Chọn 2 Diôt S6460P-G (bảng p.1 trang 211 sách Tính toán và thiết kế các

thiết bị Điện tử công suất _Trần Văn Thịnh) có các thông số như sau:

+ Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diot: ∆U = 1,2V

II.2 Tính toán mạch bảo vệ quá điện áp

Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức ta gọi là quá điện áp, vì vậy cần mắc thêm mạch bảo vệ quá điện áp

Người ta chia ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp:

+ Nguyên nhân nội tại: Đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn đến các Tiristor Vì vậy giữa các anôt và catôt của Tiristor xuất hiện quá điện áp

+ Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi cắt đóng tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ chảy, khi có sấm sét

Để bảo vệ mạch quá áp người ta thường dùng mạch R – C:

Mạch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên

Mạch R – C đấu giữa các pha thứ cấp của máy biến áp là bảo vệ quá điện áp

do đóng cắt tải ( dòng điện từ hoá ) máy biến áp gây nên

Thông số của R – C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá máy biến áp.v.v…

U b

U k

.

.

=

+ k - hệ số quá điện áp

hoặc Tiristor một cách chu kỳ

+ b – hệ số dự trữ về điện áp, b =1 ÷ 2, lấy b = 1,6

V U

Như vậy ta có:

42 , 254 6 , 1

500

=

im

p im

U b

U k

9 , 179

t

i

+ Xác định R, C

F C

U

Q C

im

μ

41 , 1 42 , 254

6 30 2

.

2 * min

Q

U L R R Q

U L

2

2

3

10 30 2

42 , 254 10 2 , 0 2 , 1 10

30 2

42 , 254 10 2 , 0 56 ,

,

16 ≤ ≤

II.3 Tính Toán Máy Biến áp

+ Công suất biểu kiến MBA:

Chọn mạch từ 3 trụ, tiết diện trụ tính theo công thức:

f C

S K Q

55,6573

33 , 57 4 4

M =

d

+ Chọn chiều cao trụ h = 21 cm

Tính toán dây quấn:

+ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

158 1 , 1 10 33 , 57 50 44 , 4

220

44 ,

U

+ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp của máy biến áp:

1 1

+ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:

I U

I 29 88

220

54 , 36 9 , 179

1

2 2

+ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp

) ( 8 , 10 75 , 2

88 ,

54 ,

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

- Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi tiristor, nó có vai trò quyết định đến chất lượng, độ tin cậy của bộ biến đổi Mạch điều khiển rất đa dạng nhưng với hệ thống mạch lực cụ thể của mạch nạp cần có một hệ điều khiển thích ứng Với mạch này, hệ điều khiển sẽ phát xung mở hai tiristor T1, T2 Các tiristor sẽ mở khi thoả mãn đồng thời hai điều kiện:

- Một điện áp dương đủ lớn đặt lên hai cực của tiristor theo hướng từ anôt đến katôt

- Xung điện áp dương đưa vào cực điều khiển đủ lớn về biên độ, độ rộng

Để làm thay đổi điện áp ra tải chỉ cần thay đổi thời điểm phát xung điều khiển, tức là thay đổi góc mở α cuả các van Ưu điểm của tiristor là chỉ cần dòng

và áp điều khiển nhỏ nhưng có thể chịu được áp và dòng rất lớn chảy qua

- Hệ thống mạch điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

+ Phát xung điều khiển chính xác vào đúng thời điểm mà người thiết kế đã tính toán sẵn

+ Các xung điều khiển phát ra phải đủ lớn về biên độ và độ rộng đề mở các van

+ Xung điều khiển phải có độ đối xứng cao và đảm bảo được phạm vi điều chỉnh góc mở α

+ Dạng xung được điều chỉnh thích hợp và tác động nhanh

+ Đảm bảo hoạt động tốt, độ tin cậy cao khi điện áp nguồn thay đổi giá trị biên độ

Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện ra tải và bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố quá dòng hay ngắn mạch tải

II SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG

Dựa vào nguyên tắc điều khiển và yêu cầu của công nghệ ta thiết lập được sơ

đồ khối của bộ điều khiển:

Trong đó:

II.1.Nguyên tắc điều khiển:

Để điều chỉnh góc mở của các tirisor trong nửa chu kì điện áp dương ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos

II.1.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp:

thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh

thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh

Bấy giờ hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là:

điện áp đầu ra của khâu so sánh “Sườn xuống” này thông qua đa hài một trạng

thái ổn định tạo ra một xung điều khiển

xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc mở α của tirisor

m r

II.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”:

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp:

2

π :

độ(theo hai chiều dương và âm)

II.2 Khâu đồng pha (ĐF):

Có nhiệm vụ tạo điện áp trùng pha với điện áp thứ cấp biến áp mạch lực Khâu này có chức năng xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α Vì vậy nó

có góc pha liên hệ chặt chẽ với điện áp mạch lực Thông thường khâu đồng pha còn làm nghiệm vụ cách ly giữa mạch lực điện áp cao với mạch điều khiển điện

áp thấp

Hình IV.1: Sơ đồ khối đồng pha.

Tín hiệu đồng bộ có thể lấy từ biến áp lực cũng có thể lấy từ một biến áp khác Do trong mạch điều khiển có nhiều khâu sử dụng nguồn điện áp thấp nên chúng ta dùng một biến áp có quấn nhiều cuộn dây thứ cấp, mỗi cuộn có một chức năng riêng biệt, trong đó sử dụng cuộn có điện áp 0V-12V-24V dùng cho khâu đồng bộ Mạch tạo xung đồng bộ được lấy từ điện áp lưới U = 220V, f=50Hz, trùng pha với điện áp đặt nên cuộn sơ cấp của biến áp động lực Hai

với tín hiệu một chiều

Giá trị điện áp một chiều sau chỉnh lưu là:

V U

U d

0 2

Ung

1