Thiet ke bo nap acqui tu dong 59123

Giới thiệu chung về acqui

Cấu tạo của bình acqui axit

Bình acqui thông thường gồm vỏ bình các bản cực, các tấm ngăn và dung dịch điện phân.

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

Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 6 Lớp: TĐH2_CĐK49

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

Hình I.1 Cấu tạo của bản cực Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động 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:

Phân khối bản cực gồmcó: 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 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 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.

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.

Dung dịch điện phân trong bình acqui là loại dung dịch axit sunfric (H2SO4) 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.

 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:

Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 8 Lớp: TĐH2_CĐK49 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

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.

Quá trình biến đổi hoá học trong acqui 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

Bảng I.1: Trình bày trạng thái năng lượng của ắc qui quan hệ với quá trình biến đổi hoá học của các bản cực và dung dịch điện phân.

Từ bảng I.1 Ta có nhận xét: Trong quá trình phóng, nạp, nồng độ dung dịch điện phân của ắc qui thay đổi Khi ắc qui phóng điện, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần; khi ắcqui được nạp điện, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.

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

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:

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:

Ep - Sức điện động của ắc qui phóng điện.

Up - Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện. raq - Điện trở trong của ắc qui khi phóng điện.

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

En - Sức điện động của ắc qui nạp điện.

In - Dòng điện nạp. raq - Điện trở trong của ắc qui khi nạp điện.

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:

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

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

In : Dong điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tn

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:

Vùng phóng điện cho phép

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 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.

Từ thời điểm tgh trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột nếu ta tiếp tục cho acqui phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acqui sẽ giảm rất nhanh, mặt khác các tinh thể sunfat chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng 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 thí nghiệm ở chế độ phóng điện cho phép là 20h Dung lượng phóng trong trường hợp này được kí hiệu là C20.

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.

Cn= In tn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

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

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

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

Các phương pháp nạp điện cho acqui

Phương pháp nạp dòng áp…

Đây là phương pháp nạp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những ưu điểm của hai phương pháp trên. Đối với yêu cầu của đề bài là nạp acqui tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương án nạp acqui là phương pháp dòng áp. Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian tnh tương ứng với 75÷ 80% dung lượng acqui ta nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1C20 Vì theo đặc tính nạp của acqui 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 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.

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:

+ Dòng nạp ổn định In = 10% C20.

+ Dòng nạp cưỡng bức In= (0.3÷0.5)C20.

 Từ các phân tích ở trên:

- Ta tiến hành nạp acqui với dòng điện nạp không đổi:

- Để đáp ứng yêu cầu của công nghệ cũng như hiệu quả kinh tế ta chọn phương pháp nạp acqui hỗn hợp dòng áp.

- Với số lượng acquy là 100 chiếc, ta nạp điện cho acqui theo phương pháp hỗn hợp dòng áp: Mắc thành 10 dãy song song, mỗi dãy có 10 acqui nối nhau.

…… … Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU I Vấn đề chung

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

Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 18 Lớp: TĐH2_CĐK49 t t t t t t t t i1

Hình II.1 Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha

0 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

II.1.3 Nguyên lí hoạt động.

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

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

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

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

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

+ Dòng điện trên tải: Id U dθ

+ Dòng điện qua van: IT I dθ

+ Điện áp ngược trên van: Ungmax = 1,41U2

+ Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id

+ Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 1,11.Id.Kba

+ Công suất tải: Pd = Ud.Id

+ Công suất máy biến áp: Sba = 1,23 Pd

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.

~ id iT1 iD2 iT2 iD1 i2

Ld Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động α/2

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 khi u2 âm; Đ2 mở khi u2 dương Các Tiristo mở theo góc mở α Tuy nhiên các 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.

Khi θ = α cho xung điều khiển mở T1

Trong khoảng θ = ( π): T ; π): T+ α ): Đ1, Đ2 dẫn; Đ1 dẫn ở π và làm T1 khoá; T2 chưa khoá nên Đ2 còn mở chưa khoá.

Trong khoảng θ = (π): T+ α ; 2π): T): Đ1, T2 dẫn; T1 dẫn làm D2 khoá, ud = -u2. Trong khoảng θ = ( 2π): T ; 2π): T+ α ): T2, Đ2 dẫn.

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN:

+ Điện áp tải: Ud √ 2 π U 2 (1 +cosα)

+ Dòng điện tải: Id Udθ Rdθ

+ Dòng điện qua van Tiristor: IT π−α

+ Dòng điện qua điốt: ID

+ Dòng điện thứ cấp: I2 = Id √ 1− α π

+ Điện áp ngược lớn nhất qua van: Ungmax = 2.83U2

+ Công suất tải: Pd =Ud Id

+ Công suất máy biến áp: Sba = 1.48 Pd

+ Hệ số cos ϕ 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.

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

Hình II.3 Mạch chỉnh l u điều khiển đối xứng cầu 3F.

Uc U b Ua Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

II.3.3 Nguyên lí hoạt động.

 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

Trong sơ đồ này sử dụng:

Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

+ Ud1 là thành phần điện áp do nhóm Katot chung tạo nên.

+ Ud2 là thành phần điện áp do nhóm Anot chung tạo nên

2 π ( 1+cos α ) Điện áp thứ cấp máy biến áp:

Giá trị trung bình của dòng tải:

Giá tri trung bình của dòng chảy trong Tiristor và Diot:

3 Giá trị điện áp ngược lớn nhất:

Công suất tải: Pd = Ud Id

Công suất máy biến áp:

Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nhưng chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng có quá trình điều chỉnh đơn giản, kích thước gọn nhẹ hơn.

Qua phân tích để lựa chọn sơ đồ đáp ứng được yêu cầu công nghệ cũng như kinh tế ta thấy:

+ Dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng và chỉnh lưu không đối xứng cầu ba pha cho chúng ta chất lượng điện áp và dòng điện tốt nhưng mạch sử dụng nhiều kênh điều khiển do vậy việc thiết kế mạch phức tạp, mạch sử dụng nhiều Tiristor nên giá thành cao không kinh tế.

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 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC

A Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

Sơ đồ mạch lực

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.

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

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN I Mục đích và yêu cầu

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:

Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 34 Lớp: TĐH2_CĐK49 ĐF Utựa BĐC KĐX

0 α α π): T 2π): T uc t Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

Uđk: Điện áp điều khiển

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:

- Điện áp đồng bộ (ur), đồng bộ với điện áp dặt trên cực A – K của tirisor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh

- Điện áp điều khiển (uc) - điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ, thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh.

Bấy giờ hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là: ud= uc- ur

Mỗi khi uc= ur thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được “ sườn xuống” của 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.

Như vậy, bằng cách làm biến đổi uc người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc mở α của tirisor.

Giữa α và uc có quan hệ: t uc

Hình 4.3: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “ARCCOS” α=π u c

Người ta lấy Ucmax = Ur m

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

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp:

- Điện áp đồng bộ (ur), vượt trước uAK=Um.sin ωt t của tiristor một góc là π

- Điện áp điều khiển (uc) - điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ(theo hai chiều dương và âm)

Nếu đặt u2 vào cổng đảo và uc vào cổng không đảo của khâu so sánh thì khi ur=uc ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái:

Như vậy, khi điều chỉnh ucmtừ trị uc= +Um đến trị uc= -Um, ta có thể điều chỉnh được góc mở α từ 0 đến π): T.

Nguyên tắc điều khiển này được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao.

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 đợc lấy từ điện áp lới U = 220V, fPHz, trùng pha với điện áp đặt nên cuộn sơ cấp của biến áp động lực Hai điôt D2 và D3 làm nhiệm vụ chỉnh lu tạo ra tín hiệu U1 làm ngỡng để so sánh với tín hiệu một chiÒu.

Giá trị điện áp một chiều sau chỉnh lu là:

Ta chọn 2 Diot D1 và D2 là diot IN4007.

II.3 Khâu tạo xung đồng bộ.

0 t Điện áp U1 đợc so sánh với điện áp U0 để tạo ra các tín hiệu tơng ứng với thời điểm điện áp nguồn đi qua điểm không.

U0 càng nhỏ thì xung U2 càng hẹp và phạm vi điều chỉnh càng lớn

Nựa chọn αmax = 175 0 thì U0 = √ 2U 2 sin5 0 (IV.1)

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 đợc lấy từ điện áp lới U = 220V, fPHz, trùng pha với điện áp đặt nên cuộn sơ cấp của biến áp động lực Hai điôt D2 và D3 làm nhiệm vụ chỉnh lu tạo ra tín hiệu U1 làm ngỡng để so sánh với tín hiệu một chiều.

Từ phơng trình IV.1 ta có U 0 = √ 2.12.sin5 0 = √ 2.12.0 , 087=1 , 48 V

Hình IV.2 Khâu tạo xung đồng bộ

Hình IV.3 Dạng điện áp khâu tạo xung đồng bộ

0 t Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

R 4 =7,1 Để tổn thất trên điện trở nhỏ chúng ta chọn R4 = 4,7KΩ, R3 = 33KΩ,R5 2,2KΩ.

II.4 Khâu tạo điện áp tựa (U tựa ):

Tạo điện áp có dạng cố định ( tam giác, răng cưa, cosin…) có chu kỳ làm việc theo nhịp của điện áp đồng pha.

Hình IV.4 Khâu tạo điện áp răng cưa

Nguyên lý cơ bản của khâu này là dùng mạch tích phân và khóa điện tử T1, T1 là tranristor ngợc C828 Khi U2 = 0, T1 khóa tụ C1 đợc nạp điện bởi dòng điện:

Tại thời điểm điện áp U2 chuyển từ 1 → 0 tụ C1 phóng hết điện ( UC1 = 0) và bắt đầu đợc nạp điện Khi U2 = (0→1) tranristor T1 thông, tụ C1 bắt đầu phóng điện cho tới khi điện áp U2 = (1→0) Tụ C1 phóng điện trong suốt độ rộng của xung Khi U2 chuyển trạng thái từ (0→1) tụ C1 đợc nạp điện trở lại.

II.5 Bộ điều chế(BĐC).

Bộ điều chế (hình IV.6)gồm bộ tạo xung cưa hay còn gọi điện áp tựa Utựa và bộ so sánh(SS), tín hiệu đồng bộ Uđk sẽ đồng bộ quá trình làm việc của máy phát xung răng cưa Xung răng cưa đươc so sánh với tín hiệu điều khiên trong bộ so sánh.

Tại thời điểm Urc= Uđk thì bộ so sánh sẽ tạo ra một xung mà vị trí của nó trên trục thời gian sẽ phụ thuộc vào giá trị của tín hiệu điều khiển (hình IV.7).

HìnhIV.5 Dạng điện áp tạo xung răng cưa

Hình IV.6 Bộ điều chế u3 urss

0 t Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

II.6.1 Khâu phản hồi dòng điện.

Hình IV.8 Khâu phản hồi dòng điện. Điện áp phản hồi đợc lấy trên điện trở RS trên mạch lực Tín hiệu này qua khuyếch đại thuật toán OA6 đợc lật lại tạng thái sau đó đợc cộng với tín hiệu chủ đạo lấy trên triết áp VR1 U4 = UfhI+ Ucđ1 (Ucđ1 lấy trên triết áp VR1) Ban đầu khi cha nối tải vào mạch, điện áp của bộ chỉnh lu là Ud = U0, dòng điện Id = 0 Khi nối tải vào mạch dòng điện tăng lên, do nội trở của ắc qui nhỏ nên dòng điện sẽ tăng lên rất lớn sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc qui Để hạn chế tốc độ tăng tr ởng dòng điện chúng ta sử dụng khâu phản hồi dòng điện để giữ dòng điện luôn luôn ổn định ở giá trị đặt Khi bắt đầu nạp dòng điện trong mạch tăng lên, làm cho

Hình IV.7 Dạng điện áp bộ điều chế

+E VR2 Rf điện áp lấy trên điện trở RS tăn lên Điện áp U4 tăng, qua khuyếch đại thuật toán OA7 tín hiệu đợc lật lại trạng thái, điện áp U5 tăng, Uđk tăng Điện áp điều khiển tăng, làm tăng góc mở α Do đó điện áp trên mạch lực giảm xuống, điện áp giảm làm cho dòng điện giảm xuống bằng giá trị đặt chính là dòng điện nạp cho ắc qui Ngợc lại khi dòng điện trong mạch lực giảm xuống, làm cho điện áp điều khiển giảm, góc mở α tăng lên, điện áp trên mạch lực tăng dẫn đến dòng điện tăng tới giá trị đặt

II.6.2 Khõu phản hồi điện áp.

Hình IV.9.Khâu phản hồi điện áp

Tín hiệu phản hồi điện áp đợc lầy trên điện trở phản hội Rf Khuếch đại thuật toán OA8 đóng vai trò là khâu lặp tín hiệu, với hệ số khuyếch đại là k=

R 16 =1 Mạch phản hồi điện áp làm nhiệm vụ ổn định điện áp khi dung lợng của ắc qui đã đạt đợc 80% định mức Biến trở VR2 là biến trở lấy điện áp chủ đạo, Ucđ nạp lớn nhất khi mỗi ngăn ắc qui đạt tới 2,7V.

Ucđ: điện áp chủ đạo lấy trên biến trở VR2.

UphU: điện áp tại đầu ra của khuyếch đại thuật toán OA8 (U6)

Khi điện áp nạp tăng lên lớn hơn giá trị điện áp đặt cho mỗi ngăn ắc qui đơn là 2,7V làm cho Uf tăng, UfhU tăng, làm cho UđkU tăng lên Điện áp điều khiển tăng làm cho góc mở α tăng, do vậy Tiristor bớt mở, điện áp nạp ắc qui giảm xuống bằng giá trị đặt Do vậy điện áp luôn đợc giữ ổn định xung quang giá trị đặt

II.6.3 Khối chuyển mạch nạp.

R32 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

Hình IV.10 Khâu chuyển mạch nạp

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	585,14 KB