Đề án tốt nghiệp: Tìm hiểu chung về ắc-quy phần 1 ppt

Đồ án môn học điện tử công suất 1 1 Chơng 1 Giới thiệu chung về ắc-quy. Ăc-quy là loại bình điện hoá học dùng để tích trữ năng lợng điện và làm nguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện nh động cơ điện, nh bóng đèn, làm nguồn nuôi cho các linh kiện điện tử.v.v Các tính năng cơ bản của ăc-quy: .Sức điện động lớn ,ít thay đổi khi phóng nạp điện. .Sự tự fóng điện bé nhất. .Năng lợng điện nạp vào bao giờ cũng bé hơn năng lợng điện mà ăc-quy phóng ra . .Điện trở trong của ăc-quy nhỏ .Nó bao gồm điện trở của các bản cực ,điện trở dung dịch điện fâncó xét đén sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực .Thờng trị số điện trở trong của ăc-quy khi đã nạp điện đầy là 0.001 đến 0.0015 và khi ăc- quy fóng điện hoàn toàn là 0.02 đến 0.025. Có hai loại ăc-quy là: ăc-quy a-xit (hay ăc-quy chì) và ăc-quy kẽm (ăc-quy sắt kền hay ăc-quy cadimi-kền) .Trong đó ăc-quy a-xit đợc dùng fổ biến và rộng rãi hơn. 1.Cấu tạo của ăc-quy : Các bộ fận chủ yếu của ăc-quy a-xit gồm: -Các lá cực dơng làm bằng 2 PbO đợc ghép song song với nhau thành một bộ chùm cực dơng. -Các lá cực âm làm bằng Pb đợc ghép song song với nhau thành một bộ chùm cực âm. Bộ chùm cực âm và chùm cực dơng đặt xen kẽ nhau theo kiểu cài răng lợc ,sao cho cứ lá cực âm rồi đến một lá cực dơng . -Lá cách đặt giữa các lá cực âm và lá cực dơng để tránh hiện tợng chập mạch giữa các điện cực khác dấu. -vỏ bình điện ăc-quy thờng làm bằng cao su cứng ( êbonit ) đúc thành hinh hộp ,chịu đợc khí nóng lạnh ,va chạm mạnh và chịu a-xit.Dới đáy bình có các đế cao để dắt các lá cực lên ,khi mùn của chất hoạt động rụng xuống thì đọng dới rãnh đế ,nh vậy tránh đợc hiện tợng chập mạch giữa các điện cực do mùn gây ra.Nắp đậy ăc-quy cũng làm vỏ cao su cứng ,nắp có các lỗ để đổ điện dịch vào bình và đầu cc luồn qua . Nút đậy để điện dịch khỏi đổ ra. -Cầu nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn ăc-quy này với cực dơng của ngăn ăc-quy tiếp theo. ỏn tt nghip mụn hc in t cụng sut Tỡm hiu cquy Đồ án môn học điện tử công suất 2 2 2.Quá trình biến đổi năng lợng của ăc-quy : Ăc-quy là nguồn có tính chất thuận nghịch ,nó tích trữ và giải fóng năng lợng dới dạng điện năng .Quá trình ăc-quy cung cấp điện năng cho mạch ngoài gọi là quá trình fóng điện ,quá trình ăc-quy đợc dự trữ năng lợng đợc gọi là quá trình nạp điện. Trên thị trờng hiện nay dùng fổ biến là ăc-quy a-xit.Loại ăc-quy này có bản cực dơng là đi-ô-xít chì ( 2 PbO ) ,các bản cực âm là chì (Pb ), dung dịch điện fân là a-xit sunfuaric ( 42 SOH ) . Phản ứng hoá học biểu diễn quá trình chuyển hoá năng lợng của ăc-quy : 2 PbO + Pb + 2 42 SOH ( OH 2 ) 2 4 PbSO + 4 OH 2 a.Quá trình nạp điện cho ăc-quy : Khi đổ dung dịch a-xit sunfuric vào các ngăn của bình thì trên các bản cực sẽ sinh ra một lớp mỏng chì sunfat 4 PbSO : PbO + 42 SOH 4 PbSO + OH 2 Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu của ăc-quy thì dòng một chiều sẽ đợc khép kín qua mạch ăc-quy và dòng đó đi theo chiều: cực dơng nguồn một chiều đầu cực 1 ăc-quy chùm bản cực 1qua dung dịch điện fânbản cực 2đầu cực 2 của ăc-quy cực âm nguồn một chiều. Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện fân fân ly: 42 SOH H + 4 2 SO Catiôn H theo dòng điện đi về fía chùm bản cực nối với âm nguồn điện và tạo ra fản ứng tại đó: 2 H + 4 PbSO 42 SOH + Pb Các aniôn 4 2 SO chạy về fía chùm bản cực nối với cực điệnơng của nguồn điện tạo ra fản ứng tại đó : 4 PbSO + 2 OH 2 + cc 2 42 SOH + 2 PbO Kết quả là ở các chùm bản cực đợc nối với bản cực dơng của nguồn điện có chì điô-xit 2 PbO , ở chùm bản cực kia có chì Pb . Nh vậy , hai loại chùm cực đã có sự khác nhau về cực tính . Khi nạp ăc-quy ,lúc đầu điện thế tăng dần từ 2V2,4V .Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng lên 2,7V và giữ nguyên.Thời gian này gọi là thời gian nạp no ,nó có tác dụng làm cho fân tử các chất tác dụng ở sâu bên trong lòng bản cực đợc biến đổi hoàn toàn ,nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng fóng điện của ăc-quy .Trong sử dụng thời gian nạp no của ăc-quy Đồ án môn học điện tử công suất 3 3 thờng kéo dài khoảng 2h3h , trong khoảng thời gian này hiệu điện thế của ăc-quy và nồng độ dung dịch điện fân không thay dổi.Sau khi ngắt mạch nạp , điện áp ,sức điện động , nồng độ dung dịch điện fân của ăc-quy giảm xuống và ổn định, dây gọi là thời gian nghỉ của ăc-quy sau khi nạp . Có thể nạp điện cho ăc-quy với dòng điện cố định hoặc nạp ở điện thế không đổi . Nạp ở dòng điện cố định sẽ nhanh nhng tốn năng lợng hơn chế độ nạp ở điện thế không đổi. b.Quá trình fóng điện ở ăc-quy : Trong quá trình fóng điện của ăc-quy , xảy ra các fản ứng hoá học sau: Tại cực dơng : 42 SOH + 2 PbO + 2 H + 2e 4 PbSO + 2 OH 2 Tại cực âm: Pb + 4 2 SO 4 PbSO + 2e Nh vậy khi ăc-quy fóng điện , chì sunfat lại đợc hình thành ở hai chùm bản cực , làm cho các bản cực dần dần trở lại giống nhau còn dung dịch a-xit bị fân tích thành catiôn 2 H và aniôn 4 2 SO , đồng thời quá trình fóng điện cũng tạo ra nớc trong dung dịch , do đó nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của ăc-quy giảm dần . Quá trình fóng điện của ăc-quy cũng có thể chia làm hai giai đoạn :ở giai đoạn đầu điện áp ,sức điện động , nồng độ dung dịch điện fân của ăc-quy giảm chậm,đây gọi là giai đoạn fóng ổn định hay thời gian fóng điện cho fép của ăc-quy .Trong giai đoạn tiếp theo ,điện áp ăc-quy sẽ giảm rất nhanh . 3. Các thông số cơ bản của ăc-quy : a.Sức điện động của ăc-quy : Sức điện động của ăc-quy chì fụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện fân Ngời ta thờng sử dụng công thức kinh nghiệm : Eo = 0.85 + (V) Eo : sức điện động tĩnh của ăc-quy đơn : nồng độ dung dịch điện fân ở 15 c 0 )/( 3 cmg . -Sức điện động trong quá trình fóng điện của ăc-quy : Ep = Up + Ip.Rp Up là điện áp đo trên các cực của ăc-quy khi fóng điện. Rp là điện trở trong của ăc-quy . -Sức điện động trong quá trình nạp điện của ăc-quy : En = Un In.Rn Un là điện áp đo trên các cực của ăc-quy khi nạp điện. Rn là điện trở trong của ăc-quy . b.Dung lợng của ăc-quy ( C ): Đồ án môn học điện tử công suất 4 4 Dung lợng fóng là đại lợng đánh giá khả năng cung cấp năng lợng của ăc-quy cho fụ tải : Cp = Ip.Tp Tp là thời gian fóng điện Dung lợng nạp là đại lợng đánh giá khả năng tích trữ năng lợng của ăc- quy : Cn = In.Tn Tn là thời gian fóng điện . Đồ án môn học điện tử công suất 5 5 Chơng 2 Thiết kế mạch chỉnh lu. Bộ chỉnh lu đợc thiết kế nhằm biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành năng lợng điện một chiều. Theo dạng nguồn cấp xoay chiều,chúng ta chia các bộ chỉnh lu thành một pha , ba pha hay n pha . Các bộ chỉnh lu này có thể là chỉnh lu không điều khiển nếu dùng van chỉnh lu là diode , chỉnh lu có điều khiển nếu dùng van chỉnh lu là tiristo , và chỉnh lu bán điều khiển nếu van chỉnh lu dùng cả diode lẫn tiristo . Với các số liệu cho trớc nh sau: . Điện áp định mức của ăc-quy nằm trong khoảng 5V đến 50V. . Dòng nạp định mức ăc-quy là 50A . Dòng nạp min của ăc-quy là 10A. Công suất nguồn nạp nhỏ hơn 10kw nên chọn bộ biến đổi là bộ chỉnh lu một pha . Ta có thể dùng các sơ đồ sau : . Chỉnh lu một pha 2 nửa chu kỳ có điều khiển. . Chỉnh lu cầu một pha có điều khiển đối xứng. . Chỉnh lu cầu một pha có điều khiển không đối xứng . A .Các phơng án thiết kế mạch chỉnh lu : 1. Chỉnh lu một pha 2 nửa chu kỳ có điều khiển: Trong sơ đồ này ,máy biến áp fải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau ,ở mỗi nửa chu kỳ khi có xung tới điều khiển mở tiristo có một van dẫn cho dòng điện chạy qua . Điện áp đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều . Hình dáng các đờng cong điện áp và dòng điện tải (Ud,Id ) cho trên hình vẽ . Điện áp trung bình trên tải thuần trở đợc tính theo công thức : )cos( 1UdoUd 2 Với Udo là điện áp chỉnh lu khi không điều khiển và bằng 2 U90Ud , T1 T2 R E t U,I E Id Ud T1 T2 T1 Đồ án môn học điện tử công suất 6 6 là góc mở của các tiristo. Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van : 22Un max 2 U Mỗi van dãn thông trong một nửa chu kỳ , do vậy dòng điện mà van bán dẫn fải chịu tối đa là bằng 1/2 dòng điện tải Trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua van 2 I I d hd * Nhận xét : trong sơ đồ này , dòng điện chạy qua van không quá lớn . Khi van dẫn ,điện áp rơi trên van nhỏ.Việc điều khiển các van bán dẫn ở đây tơng đối đơn giản .Tuy vậy ,việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau , mà mỗi cuộn chỉ làm việc trong nửa chu kỳ ,làm cho việc chế tạo máy biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn , mặt khác điện áp ngợc của các van bán dẫn fải chịu có trị số rất lớn. 2. Chỉnh lu cầu một fa có điều khiển một fa đối xứng: Trong nửa chu kỳ đầu , lúc U2 > E điện áp anod của tiristo T1 dơng lúc đó catod của T2 âm , nếu có xung điều khiển cả hai van T1 ,T2 đồng thời ,thì các van này sẽ đợc mở thông để đặt điện áp lới lên tải , T1 , T2 sẽ dẫn đến khi U2 < E. Trong nửa chu kỳ sau , khi U2 > E , điện áp anod của tiristo T3 dơng lúc đó catod của T4 âm , nếu có xung điều khiển cả hai van T3 ,T4 đồng thời ,thì các van này sẽ đợc mở thông để đặt điện áp lới lên tải. Điện áp trung bình đặt lên tải: )cos( 1UdoUd 2 với 2 U90Udo , Dòng trung bình chạy qua tiristo : Itb = Id/2 Dòng hiệu dụng chạy qua van : 2 I I d hd Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van : 22UUn max * Nhận xét : So với sơ đồ trên ,ở sơ đồ này điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van chỉ bằng một nửa,biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn . Tuy nhiên , sơ đồ này t U,I E Id Ud T1,T2 T3,T4 T1,T2 R E T 2 T3 T1 T4 U 2 . Đồ án môn học điện tử công suất 1 1 Chơng 1 Giới thiệu chung về ắc-quy. Ăc-quy là loại bình điện hoá học dùng để. 1UdoUd 2 Với Udo là điện áp chỉnh lu khi không điều khiển và bằng 2 U90Ud , T1 T2 R E t U,I E Id Ud T1 T2 T1 Đồ án môn học điện tử công suất 6 6 là góc mở của các tiristo. Điện. nửa,biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn . Tuy nhiên , sơ đồ này t U,I E Id Ud T1,T2 T3,T4 T1,T2 R E T 2 T3 T1 T4 U 2