Do an DTCS 05 doc

Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS Đồ án môn học: Điện tử công suất Đề bài: Thiết kế phần điện áp 1 chiều cho bộ UPS: - Điện áp nguồn: 220 VAC+10%,-10%. - Công suất: 4 KVA. - Điện áp ra: 110 V - Tần số vào: 60Hz SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 1 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS Ch ơng 1 CôNG NGHệ Và YÊU CầU Kĩ THUậT I.GI I THIÊU UPS hình I.1 1.1.Cung cấp điện cho những tải nhạy cảm Sự cố trong các nguồn năng lợng điện có thể xẩy ra trong quá trình lắp đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha, sấm sét, ). Những sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau. Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lợng điện tạo ra một điện áp hình sin với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn). Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị ảnh hởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ thống. Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp điện vì: Hiện tợng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thờng không tránh khỏi). Điều này có thể ảnh hởng đến đờng dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn: - Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện - Sơng giá có thể làm cho đờng dây bị đứt SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 2 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS Những hiện tợng ngẫu nhiên, chẳng hạn: - Cành cây rơi gây gắn mạch hoặc đứt dây - Đứt cáp do đào đất - Sự h hỏng trong hệ thống cung cấp Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hởng đến hệ thống cung cấp Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn: - Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong quá trình khởi động. - Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn, gây ra điện áp rơi và nhiễm RF Những hệ thống điện tử công suất cao Thang máy, đèn huỳnh quang Những sự cố ảnh hởng đến việc cung cấp năng lợng điện cho thiết bị có thể phân thành các loại sau: Lệch điện áp Ngừng hoạt động Tăng đột ngột điện áp Thay đổi tần số Xuất hiện sóng hài Nhiễu tần số cao Sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là làm gián đoạn việc cung cấp điện, nhất là hệ thống dữ liệu của máy tính. 1.2.Giải pháp dùng UPS Điều cần chú ý trớc hết của những sự cố và hậu quả của nó về phơng diện: SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 3 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS An toàn cho con ngời An toàn cho thiết bị, nhà xởng Mục tiêu vận hành kinh tế Từ đó phải tìm cách loại chúng ra. Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau cho vấn đề này, những giải pháp này đợc so sánh trên cơ sở của hai tiêu chuẩn sau để đánh giá: Liên tục cung cấp điện Chất lợng cung cấp điện Hoạt động nh một giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tải nhạy cảm. UPS cung cấp cho tải một năng lợng điện liên tục, chất lợng cao, không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp. UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy Không bị ảnh hởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệt khi hệ thống cung cấp ngừng hoạt động. Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu của những thiết bị điện từ nhạy cảm (chẳng hạn: GALAXY-sai số cho phép của biên độ 5,0 %, tần số 1 %) UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các khâu trung gian: Acquy và chuyển mạch tĩnh. 1.3 ứ ng dụng của UPS trong thực tế Hiện nay nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn thông, ngân hàng,y tế,hàng không là rất lớn. Số lợng UPS đợc sử dụng gần bằng 1/3 số lợng máy tính đang đ- ợc sử dụng. Có thể lấy một vài ví dụ về các thiết bị sử dụng UPS, đó là những máy tính, việc truyền dữ liệu và toàn bộ thiết bị ở một trạng thái nào đó là rất quan trọng và không cho phép đợc mất điện. UPS đợc sử dụng trong ngành hàng không để đảm bảo sự thắp sáng liên tục của đờng băng sân bay. SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 4 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS ứng dụng chính Thiết bị đợc bảo vệ 1.Hệ thống máy tính nói chung -Máy tính,mạng máy tính -Máy in,hệ thống vẽ đồ thị,bàn phímvà các thiết bị đầu cuối. 2.Hệ thống máy tính công nghiệp -Bộ điều khiển lập trình,hệ thống điều khiển số,điều khiển giám sát,máy tự động. 3.Viễn thông -Tổng đài điện thoại ,hệ thống truyền dữ liệu,hệ thống rađa. 4.Ytế,công nghiệp Dụng cụ y tế,thang máy,thiết bị điều khiển chính xác,thiết bị đo nhiệt độ,bơm plastic 5.Chiếu sáng -Đờng hầm ,đờng băng sân bay, nhà công cộng 6.Các ứng dụng khác -Máy quét hình,cung cấp năng lợng cho máy bay Nói tóm lại UPS là một nguồn điện dự phòng nó có mặt ở mọi chỗ mọi nơi, những nơi đòi hỏi cao về yêu cầu cấp điện liên tục. 1.4 Phân loại UPS 1.4.1 Phân loại UPS dựa theo bộ chuyển đổi Hình I.2 a.UPS tĩnh:Sử dụng bộ chuyển đổi tĩnh thực hiện cung cấp năng lợng. -Giới hạn dòng trong vận hành cho phép I cp =2.33I đm -Cách li về điện. -Bảo dỡng và vận hành đơn giản,làm việc tin cậy cậy chắc chắn. -Khả năng phản ứng tức thời trớc những dao động biên độ của hệ thống cung cấp,sử dụng thiết bị điều khiển vi xử lí dựa trên kĩ thật số. SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 5 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS -Biên độ điện áp điều chỉnh trong phạm vi sai số 0.5% ữ 1%,thời gian điều chỉnh nhanh,kích thớc và trọng lợng của hệ nhỏ b.UPS quay Hình I.3 Sử dụng máy điện quay để thực hiện biến đổi năng lựợng, -I nm =I đm -Hệ thống phụ tải cánh li với nguồn. -Trở kháng ra của hệ thấp. 1.4.2.Phân biệt theo chế độ làm việc a.UPS gián tiếp(offline UPS) HìnhI.4 -Nghịch lu nối song song với hệ thống cung cấp là nguồn dự trữ phòng tình trạng khẩn cấp. -Trong quá trình vận hành,nguồn lới đợc cung cấp trực tiếp đến tải qua bộ lọc F mà không qua nghịch lu. -Nếu sự cố hệ thống cung cấp điện hoặc U hệ thống cung cấp điện không nằm trong sai số cho phép thì tải chuyển từ hệ thống cung cấp điện qua nghịch lu trong thời gian ngắn <10 ms.Khi điện áp hệ thống cung cấp đợc phục hồi,tải sẽ tự động chuyển về hệ thống cung cấp SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 6 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS -Dùng với tải P <2 KVA. -Thời gian chuyển mạch phù hợp với tải nhạy cảm. -Tuy nhiên offline UPS không đáp ứng với phụ tải nh máy tính ,tổng đài điện thoại,không điều chỉnh đợc tần số. b,OnlineUPS HìnhI.5 -Đợc chèn vào giữa hệ thống cung cấp và tải.Toàn bộ điện năng cung cấp cho tải đều phải qua nghịch lu do vậy việc cung cấp điện đợc liên tục trong phạm vi sai số cho phép của f,U. -Không phụ thuộc vào trạng thái cua hệ thống cung cấp điện. -áp dụng cho tải có công suất trung bình P 40 KVA. 1.5.Sơ đồ nguyên lí chung của UPS CL: Cung cấp nguồn một chiều cho nghịch lu và nạp thờng trực cho ắcquy AQ: Tạo năng lợng dự trữ cung cấp cho nghịch lu nếu sảy ra: -Ngừng hoạt động hệ thống cung cấp. -Hệ thống cung cấp có sự cố hoặc chất lợng hệ thống cung cấp không trong giới hạn cho phép. NL:Chuyển đổi DC AC với sai số cho phép chặt chẽ ,chắc chắn hơn hệ thống chính. SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 7 110220 ĐK Aq CL NL + _ Hình I.2 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS ĐK: Bao gồm cả hệ thống phản hồi ,điều khiển hoạt động của CL ,NLvà quá trình phóng nạp AQ ,ổn định cung cấp điện theo yêu cầu. Trong phạm vi đồ án này chúng ta nghiên cứu phần CL cung cấp nguồn DC choNL, AQ đồng thời với hệ thống điều khiển quá trình phóng nạp AQ. II)ACQUI 2.1.Khái niệm acqui ắc qui là một nguồn điện đợc trữ năng lợng điện dới dạng hoá. ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng nh trong đời sống hàng ngày: nh động cơ điện, bóng đèn điện, là nguồn nuôi của các linh kiện điện tử ắc qui là nguồn cung cấp điện cho các động cơ khởi động. Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhng phổ biến nhất là hai loại ắc qui chì và ắc qui axit. 2.2. Cấu tao và đặc điểm của các loại ắc qui: Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dơng, phân khối bản cực âm, các tấm ngăn. 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 xơng và chất tác dụng trát lên nó. Khung xơng của bản cực âm và bản cực dơng có cấu tạo giống nhau, chúng đợc đúc từ chì và chúng đợc đúc từ chì và có pha thêm 5 ữ 8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình mắt lới. Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3 % chất nở ( các muối hu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện đợc độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng đợc tăng thêm . Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dơng của SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 8 2 3 1. Vấu bản cực 2. Chất tác dụng 3. Cốt bản cực Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS mỗi ắc qui đơn đợc hàn với nhau tạo thành khối bản cực dơng, các bản cực âm đợc hàn với nhau thành khối bản cực âm. Số lợng các bản cực trong mỗi ắc qui thờng từ 5 đến 8, bề dầy tấm bản cực dơng của ắc qui thờng từ 1,3 đến 1,5 mm , bản cực âm thờng mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm . Số bản cực âm trong ắc qui thờng nhiều hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực. Tấm ngăn đợc bố trí giữa các bản cực âm và dơng có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn đợc làm bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8 đến 1,2 mm và có dạng lợn sóng , trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phéo dung dịch điện phân thông qua. 2.3. Quá trình biến đổi năng l ợng trong ắc qui ắc qui là nguồn năng lợng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng lợng dới dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng. Quá trình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc qui dự trữ năng lợng đợc gọi là quá trình nạp điện. 3.1. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit: Trong ắc qui axit có các bản cực dơng là đôixit chì ( PbO 2 ), các bản âm là chì ( Pb ), dung dich điện phân là axit sunfuaric ( H 2 SO 4 ) nồng độ d = 1,1 ữ 1,3 % (- ) Pb H 2 SO 4 d = 1,1 ữ 1,3 PbO 2 ( + ) Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit : phóng PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb 2PbSO 4 + 2H 2 O nạp Thế điện động e = 2,1 V. 3.2. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui kiềm: Trong ắc qui kiềm có bản cực dơng là Ni(OH) 3 , bản cực âm là Fe, dung dịch điện phân là: KOH nồng độ d = 20 % ( - ) Fe KOH d = 20% Ni(OH) 3 ( + ) Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui kiềm : phóng Fe + 2Ni(OH) 3 Fe(OH) 3 + 2Ni(OH) 2 nạp Thế điện động e = 1,4 V. Nhận xét: Từ những điễu đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong các quá trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc qui phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc qui 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 ắc qui. 2.4. Các thông số cơ bản của ắc qui: a Sức điện động của ắc qui: SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 9 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân. Ngời ta thờng sử dụng công thức kinh nghiệm Eo = 0,85 + ( V ) trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V ) - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm 3 ) Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc qui đợc tính theo công thức: Ep = Up + Ip.r b trong đó : Ep - sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V ) Ip - dòng điện phóng ( A ) Up - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V) r b - điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( ) Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc qui đợc tính theo công thức: En = Un - In.r b trong đó : En - sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V ) In - dòng điện nạp ( A ) Un - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện ( V ) r b - điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( ) b. dung lợng của ắc qui: _Dung lợng phóng của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng cung cấp năng lợng điện của ắc qui cho phụ tải, và đợc tính theo công thức : Cp = Ip.tp trong đó : Cp - dung dịch thu đợc trong quá trình phóng ( Ah ) Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A ) tp - thời gian phóng điện ( h ). _Dung lợng nạp của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng tích trữ năng lợng của ắc qui và đợc tính theo công thức : Cn = In.tn trong đó : Cn - dung dịch thu đợc trong quá trình nạp ( Ah ) In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h ). 2.5. Đặc tính phóng nạp của ắc qui: SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 10 [...]... độ làm mát cụ thể cho van rồi Tuy nhiên, van cũng có thể bị hỏng khi van phải chịu tốc độ tăng dòng, tăng áp quá lớn.Nhng vì dòng chỉ tăng khi qua thyistor trong thời gian rất ngắn 1 ữ 3s nên van có thể chịu đợc Để tránh hiện tợng quá áp trên van dẫn đến hỏng van ta phải có những biện pháp thích hợp để bảo vệ van Biện pháp bảp vệ van thờng dùng nhất là mắc mạch R, C song song van để bảo vệ quá áp và... ngoài : Do cắt đột ngột mạch điện cảm ,do biến đổi đột ngột cực tính của nguồn, khi cầu chảy bảo vệ đứt hoặc khi có sấm sét - Nguyên nhân bên trong ( nội tại ) : Khi van chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khoá, do sự phân bố không đều điện áp trong các van mắc nối tiếp ở đây ta quan tâm đến việc bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân bên trong gây ra Nguyên nhân quá điện áp trên van là do sự suất... qua mỗi van khi nó chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khoá Dòng điện ngợc này suy giảm rất nhanh do vậy sẽ suất hiện sự quá điện áp U qda = L di dt Để khắc phục hiện tợng quá điện áp này ta dùng mạch R-L-C nhng do mạch đã có tính chất điện cảm nên ta chỉ cần dùng mạch R-C đấu song song nh hình vẽ Theo kinh nghiệm Chọn :R = 100 ; C= 0,5 àF Khi van khóa dòng điện ngợc sẽ chuyển từ van sang mạch... này có điện áp ngợc của van phải chịu là lớn nhất U nv = 2 2U 2 Mỗi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ, do vậy dòng điện mà van bán dẫn phải chịu tối đa bằng 1/2 dòng điện tải , trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua van I hd = 0,71.Id So với chỉnh lu nửa chu kỳ, thì loại chỉnh lu này có chất lợng điện áp tốt hơn Dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ Đối với chỉnh lu có... số sau: - Điện áp ngợc của van: Un = 360(V) - Dòng điện định mức của van: Iđm = 60(A) - Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 400(A) - Dòng điện rò : Ir = 0,01(mA) - Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của điốt : U =1,1(V) - Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax = 150 oC Tính toán chọn thiết bị bảo vệ van thyristor công suất Trong quá trình van hoạt động thì van phải đợc làm mát để van không bị phá hỏng về nhiệt... bảo đảm thời gian nạp cũng nh hiệu suất nạp thì trong khoản thời gian tn = 8h tơng ứng với 75ữ80 % dung lợng ắc qui ta nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1 Vì theo đặc tính nạp của ắc qui 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 8 h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế... điện áp, dòng điện tải, dòng điện các van và điện áp của Tiristo T1 Điện áp trung bình trên tải, khi tải thuần trở dòng điện gián đoạn đợc tính: Ud = Udo.(1+cos)/2 (8 -3) với: - Udo: Điện áp chỉnh lu khi không điều khiển và bằng Udo = 0,9.U2 : Góc mở của các Tiristo Khi tải điện cảm lớn dòng điện, điện áp tải liên tục, lúc này điện áp một chiều đợc tính: Ud = Udo.cos (8 -4) Trong các sơ đồ chỉnh lu... gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc qui (dòng điện phóng và thời gian phóng ) b.Đặc tính nạp acqui SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 11 Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS Đặc tính nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động , điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số... lớn nhất qua van: Ilv = Id 56,13 = = 28,06 (A) 2 2 Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt; quạt đối lu không khí ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn : Iđm =ki Ilv =(2ữ2,5).28,06A Để an toàn ta chọn Iđm= 2,5 28,06 = 70,15A Từ các thông số Unv ,Iđmv ta chọn 2 Thysistor kí hiệu S8012MH có các thông số sau : - Điện áp ngợc cực đại của van: Un = 600... khiển cho cả hai van T3,T4 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông, để đặt điện áp lới lên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trớc Chỉnh lu cầu một pha hình 4 có chất lợng điện áp ra hoàn toàn giống nh chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, nh sơ đồ hình 2 Hình dạng các đờng cong điện áp, dòng điện tải, dòng điện các van bán dẫn và điện áp của một van tiêu biểu gần . của van phải chịu là lớn nhất Mỗi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ, do vậy dòng điện mà van bán dẫn phải chịu tối đa bằng 1/2 dòng điện tải , trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua van I hd . kỳ khi điện áp anod của van bán dẫn âm, do vậy khi sử dụng sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kỳ, chúng ta có chất lợng điện áp xấu, trị số điện áp tải trung bình lớn nhất đợc tính: U do = 0,45.U 2 . điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 8 h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp đợc 10 h thì ắc