Luận văn tốt nghiệp đại học khối ngành kỹ thuật phù hợp làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật.================================================================ Vui lòng download bản .doc để xem chi tiết
§å ¸n tèt nghiÖp: ThiÕt kÕ vµ chÕ tao bé nguån n¹p ¾c quy tù ®éng ®Ò tµi :thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o bé nguån n¹p ¾c quy tù ®éng cho 10 ¾c quy 12v dung lîng 60ah 1 §å ¸n tèt nghiÖp: ThiÕt kÕ vµ chÕ tao bé nguån n¹p ¾c quy tù ®éng Môc lôc ®Ò tµi 1 Lêi giíi thiÖu 4 Ch ươ ng I : giíi thiÖu chung vÒ ¾c quy 5 1 Cấu tạo ¾c quy ch×-axit 3…………………………………………………………… 2 Yªu cầu cho việc nạp ¾c quy 7…………………………………………………… 2.1Ắc quy 7………………………………………………………………………… 2.2Qóa tr×nh biến đổi năng lượng trong ắc quy axit 7……………………………… 2.3 C¸c đặc tÝnh của ắc quy 8……………………………………………………… 3. C¸c phương ph¸p nạp ắc quy tự động 12………………………………………… 3.1 Nạp bằng điện dßng điện kh«ng đổi 12…………………………………… … 3.2Nạp bằng điện ¸p kh«ng đổi 13…………………………………………………… 3.3Nạp bằng dßng ¸p . 13………………………………………………………… … Ch ươ ng II : PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU . 16……………………………………… … 1. Lựa chọn bộ biến đổi 16………………………………………………………… 2. Ph©n tÝch sơ đồ chỉnh lưu 17……………………………………………… 2.1Chỉnh lưu cã điều khiển cầu 1 pha đối xứng 17………… …………………… 2.1Chỉnh lưu cã điều khiển cầu 1 pha kh«ng đối xứng 20…………………… … Chương III : TÍNH TOÁN thiÕt kÕ MẠCH LỰC ………………… ……………24 I. Chọn sơ đồ thiết kế…………………………………………27 II. Tính toán chọn van lực………………………………… 29 III. Tính toán bảo vệ quá áp………………………………. .29 Chương IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển I/ Nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ……………………….31 1. Nguyên tắc điều khiển ngang…………………….………… 31 2. Nguyên tắc điều khiển dọc…………………….….……… 32 3. Khâu đồng bộ…………………………………………… ….32 4. Khâu tạo điện áp tựa …………………………………… ….33 5. Điện áp tựa dạng răng cưa…………………………… … 38 2 §å ¸n tèt nghiÖp: ThiÕt kÕ vµ chÕ tao bé nguån n¹p ¾c quy tù ®éng 6. Khâu so sánh……………………………………………… 40 7. Khâu dạng xung ……………………………….…… …… 42 8. Khâu khếch đại xung (KĐX)…………… ………… ….……43 II/ Bộ điều khiển ( BĐK )………………… ……………… … … 43 CHƯƠNG V .THIẾT KẾ SẢN PHẨM…………………………….49 I. Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển…………………… 49 1.Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển……………………… 52 2. Tính toán máy biến áp nguồn……………………………… 53 II . Tính toán khối điều khiển…………………………… ….…… 56 1. Khâu đồng bộ………………………………………… 57 2. Khối tạo điện áp răng cưa………………………… 57 3. Khối so sánh………………………………………….….58 4. Khối tạo dạng xung……………………………….…… 58 5. Khối khuếch đại xung ……………………………….….59 III. Lắp ráp sản phẩm…………………………………………… 62 3 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động LờI GIớI THIệU Hiện nay với tiến bộ khoa học kĩ thuật đã và đang đổi mới các phần tử, các mạch điều khiển đợc áp dụng rộng rãi vào trong công nghiệp và đời sống.Với xu thế phát triển của khoa học hiện nay là ứng dụng khoa học kĩ thuật điện tử,kĩ thuật tin học,cơ khí chính xác để thực hiện tự động hoá đợc áp dụng cho từng máy,tổ hợp máy cho từng dây truyền công nghệ,các nhà máy tiến tới tự động hoá cả ngành sản xuất. Tự động hoá làm giảm nhẹ sức lao động chân tay của con ngời làm cho tự động nó trở thành đặc trng của nền sản xuất công nghiệp hiện đại. Trong công nghiệp ngoài ra các mạch điều khiển ngời ta thờng dùng kĩ thuật số với phần mềm đơn giản,linh hoạt và dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc các luật điều khiển.Nó làm tăng tốc độ tác động nhanh và có độ chính xác cao cho hệ thống.Nh vậy nó làm chuẩn hoá các hệ thống truyền động điện và các bộ điều khiển tự động hiện đại và có những đặc tính làm việc khác nhau.Trong những ứng dụng đó thì việc áp dụng vào mạch map ắc quy tự động đang đợc sử dụng rộng rãi và có những đặc tính u việt.Bởi ắc quy là nguồn cấp điện một chiều cho các thiết bị trong công nghiệp cũng nh trong đời sống hàng ngày cung cấp điện cho các nơi cha có nguồn điện lới để phục vụ cho chiếu sáng,ti vi,thông tin liên lạcđiều khiển đo lờng ,cung cấp cho các thiết bị giàn khoan ngoài biển.Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạo mạch nạp ắc quy là hết sức cần thiết,nó ảnh hởng rất lớn tới dung lợng và độ bền của ắc quy. Dới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung của đồ án tốt nghiệp.Thiết kế và chế tạo bộ nguồn nạp ắc quy tự động do thầy giáo Lu Đức Dũng giảng viên trờng Đại Học Bách Khoa hớng dẫn.Mặc dù trong thời gian qua em đã cố gắng tìm hiểu thực tế,nghiên cứu tài liệu để thực hiện đồ án nhng không thể tránh khỏi những sai sót , em mong tiếp tục nhận đợc sự đóng góp và chỉ bảo của các quý thầy cô. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Lu Đức Dũng ngời đã trực tiếp hớng dẫn và toàn bộ các thầy trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp Khoa Điện trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội , đã giúp đỡ và dạy bảo em trong những năm qua. 4 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động CHƯƠNG I GII THIU CHUNG V C QUY c quy l ngu n cung cp nng lng in mt chiu cho các thit b trong công nghiệp và dân dụng. Có nhiu loi cquy nh: + c quy Axit (Acquy chỡ). + c quy Kim ( Acquy St- Niken, , acquy bc- km ) Tuy nhiên, trên thc t thông dng nht t trc n nay vn l acquy axit, vì so v i cquy kim, cquy axit có nhiu tính nng tt hn nh: S ca mi cp cc ln, có in tr trong nh, dung lng ca bình c quy ln. 1/ Cấu tạo của bình ắc quy chì - axit: Bình ắc quy axit gồm vỏ bình có 6 ngăn riêng (hay 12V), trong mỗi ngăn có đặt khối bản cực dơng, khối bản cực âm. Chúng đợc ngăn cách nhau bằng các tấm ngăn, mỗi ngăn nh vậy đợc coi là một acquy đơn, các acquy đơn nối tiếp với nhau tạo thành bình ắc quy. Ngăn đầu và ngăn cuối có đầu tự do tạo thành các đầu cực dơng (+), cực âm (-) của ắc quy, dung dịch điện phân (dung dịch axit sunfuric) đợc đổ vào trong từng ngăn. 5 + - Cấu tạo bình ắc quy Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động 6 Vấu cực Ngăn ắc quy đơn nút nắpp Vỏ bình b) Cấu tạo bản cực Khung xuơng bản cực Chất tác dụng Vấu bản cực a ) phân khối các bản cực và tấm ngăn Tấm ngăn Bản cực duơng Bản cực âm cực duơng Cực âm c) kết cấu bình ắc quy Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động - Vỏ bình: Vỏ bình đợc làm bằng các loại nhựa nh: ebônit, axphađơpec, cao su cứng chúng có khả năng chịu axit, và có độ bền vững cao. - Bản cực: - Cấu tạo của một bản cực trong ắcquy gồm có phần khung xơng và chất tác dụng chát nên nó. + Khung xơng của bản cực dơng và âm có cấu tạo giống nhau. Chúng đợc đúc bằng hợp kim chì và Stibi (Sb) và đợc tạo hình dạng mặt lới. + Chất tác dụng đợc chế tạo từ bột chì, dung dịch axit sunfuric và khoảng 3% chất nở nh muối của các axit hữu cơ đối với bản cực âm; còn đối với bản dơng thì chất tác dụng đợc chế tạo từ các oxit chì Pb 3 O 4 , PbO và dung dịch axit sunfuric, chất nở trong bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, giảm khả năng cò và hiện tợng chóng hoà cứng cho các bản cực, làm tăng điện dung cho acquy. Các bản cực sau khi đã trát đầy chất tác dụng đợc ép lại, sấy khô và thực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng đợc ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp bằng dòng điện nhỏ. Sau quá trình nh vậy, chất tác dụng ở các bản cực dơng sẽ trở thành PbO 2 , bản cực âm thành Pb. Sau đó chúng đợc lắp ráp vào bình acquy tạo thành các khối bản cực, các khối bản cực âm và dơng đợc lắp xen kẽ nhau và đợc cách điện bằng tấm ngăn. - Tấm ngăn: Tấm ngăn là chất cách điện, có độ xốp thích hợp để không ngăn cản dung dịch điện phân thấm đến các bản cực. Tấm ngăn đợc làm từ polyclovinyl, bông thuỷ tinh ghép với miplat có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực d ơng và âm. -Dung dịch điện phân: Dung dịch điện phân trong ắc quy axit sunfuric (H 2 SO 4 ) đợc pha chế từ axit nguyên chất với nớc cất theo nồng độ nhất định. 7 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động 2/ Yêu cầu cho việc nạp ắc quy: 2.1/ ắcquy là nguồn năng lợng có tính thuận nghịch: nó tích trữ năng lợng dới dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng, Quá trình ắcquy cung cấp điện cho phụ tải gọi là quá trình phóng điện; quá trình ắc quy tích trữ năng lợng từ một nguồn điện m ột chiều gọi là quá trình nạp điện. 2.2/ Quá trình biến đổi năng lợng trong acquy axit: a/ Quá trình nạp: Khi nạp, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử e chuyển động từ các bản cực âm đến các bản cực dơng, đó là dòng điện nạp I n . Khi phóng điện, dới tác dụng sức điện động riêng của ắcquy các điện tử sẽ chuyển động theo hớng ngợc lại (từ dơng đến âm) và tạo thành dòng điện phòng I p . Khi ắcquy đã đợc nạp no chất tác dụng ở các bản cực dơng PbO 2 , còn ở các bản cực âm là chì xốp Pb. Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bản cực đều trở thành sunfat chì PbSO 4 . - Quá trình hoá học xảy ra trong acquy axit có thể viết nh sau: + Trên bản cực dơng: PbO 2 + 3H + (HSO 4 ) - + 2e PbSO 4 + 2H 2 O + Trên bản cực âm: Pb + H 2 SO 4 PbSO 4 + 2e + 2H b/ Quá trình phóng: Khi phóng, điện axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfurat, còn nớc thì bị phân hoá ra. Do đó, nồng độ của dung dịch giảm đi. Khi nạp điện thì ngợc lại, nhờ hấp thụ nớc và tái sinh ra axit sunfuric nên nồng độ của dung dịch tăng lên. 2.3/ Các đặc tính của Acquy axit: a/ Sức điện động của Acquy axit (SĐĐ) SĐĐ của acquy phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực và phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch điện phân đợc xác định theo công thức: E 0 = 0,85 + P (v) Trong đó: E 0 : Sức điện động tĩnh của acquy (v) P : Nồng độ dung dịch điện phân ở 15 0 C (g/cm 3 ) 8 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động Thông thờng, các acquy axit có nồng độ thay đổi trong khoảng 1,12 - 1,29 g/cm 3 . Do đó, SĐĐ của một acquy đơn sẽ thay đổi từ 1,19 ữ 2,14 v , có nghĩa là nồng độ của dung dịch điện phân tăng thì SĐĐ của acquy cũng tăng. b/ Các đặc tính phóng và nạp của acquy: * Trong quá trình phóng điện của acquy thì sức điện động đợc tính theo công thức: E P = U P + I P .r aq Trong đó: E p : sức điện động của acquy phóng điện (v) I P : dòng điện phóng (A) U p : điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (v) r aq : điện trở của acquy khi phóng điện (v) - Dung lợng phóng của acquy là đại lợng đánh giá khả năng cung cấp năng lợng của acquy cho phụ tải, và đợc tính theo công thức: C P = I P .t P Trong đó: C P : dung lợng thu đợc trong quá trình phóng điện. (A.h). I P : dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện t P . -Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi. Trong- khoảng thời gian phóng t P = 0 đến t P = t gh , sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian này, độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép t- ơng ứng với mỗi chế độ phóng điện của acquy (dòng điện phóng). -Từ thời điểm t gh trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu ta tiếp tục cho acquy phóng điện sau t gh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh; mặt khác tinh thể sunfat chì (PbSO 4 ) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn rất khó hoà tan (Biến đổi hoá học trong quá trình nạp điện trở lại cho ắcquy 9 C P = I P .t P Vùng phóng điện cho phép 4 0 5 10 1,75 1,95 2,11 I (A) U (V) 20 12 8 8 t E U P Khoảng nghỉ E Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động Đặc tính phóng của ắc quy sau này, thời điểm t gh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắcquy, các giá trị E P , U P , P tại t gh gọi là các giá trị tới hạn phóng điện cho acquy. -Nếu ngắt mạch vào thời điểm t gh thì hiệu điện thế U P sẽ tăng vọt lên bằng sức điện động của acquy. Còn sau đó, nhờ khuyếch tán mà nồng độ dung dịch cân bằng dần, sức điện động ắcquy sẽ tăng dần tới E 0 và bằng 1,96 v đối với ắcquy đợc coi là phóng hết điện. Đoạn cuối của đờng cong E aq ứng với khoảng nghi của ắcquy hay thời gian phục hồi của ắcquy, thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của acquy ( dòng điện phóng và thời gian phóng.) Trong quá trình nạp điện của ắcquy thì SĐĐ đợc tính theo công thức: E n = U n - I n .r aq Trong đó: I n : dòng điện nạp (A) U n : điện áp đo trên cực acquy khi nạp. r aq : điện trở trong của acquy khi nạp điện. - Dung lợng nạp của ắcquy là đại lợng đánh giá khả năng tích trữ năng lợng của acquy và đợc tính theo công thức: C n = I n .t n Trong đó C n : dung lợng thu đợc trong quá trình nạp điện(Ah) I n : dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện t n . 10 [...]... 2,11ữ2 ,12v ứng với acquy đã đợc nạp no 11 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động + Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắcquy Dòng điện nạp định mức đối với ắcquy là In = 0,01 C10, trong đó C10 là điện dung định mức ứng với chế độ 10 giờ phóng 3/ Các phuơng pháp nạp ắc quy tự động: Các phơng pháp nạp ắc quy tự động Có ba phơng pháp nạp ắc quy là:... nạp điện cho ắc quy: + Mắc 10 ắc quy nối tiếp với nhau Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60=6 A Điện áp nạp lại rất lớn Un=10x16,2=162 V + Mắc 10 ắc quy song song với nhau: Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60x10=60 A Điện áp nạp nhỏ Un=16,2 V 14 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động + Mắc hỗn hợp 10 ắc quy thành 2 dãy song song, mỗi dãy có 5 ắc qui nối tiếp với nhau Dòng điện nạp In=0,1x60x2=12... chỉnh lu cầu 3 pha bán điều nh trên la phù hợp Đồ thị của mạch chỉnh lu cầu 3 pha bán điều ứng với các góc mở có dạng nh sau : 24 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động Sơ đồ nguyên lý mạch nạp và đồ thị của mạch chỉnh lu cầu 3 pha bán điều ứng với các góc mở 2 Bảo vệ thiết bị tuyệt đối : 25 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động U U CX Ti1 Ti 4... Sơ đồ này đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật về điện áp chỉnh lu , bên cạnh đó chi phí giá thành cho việc lựa chọn thiết bị lại rẻ hơn Hệ số cos của sơ đồ không đối xứng cao hơn sơ đồ đối xứng 23 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động CHƯƠNG III tính toán và Thiết kế mạch lực Chọn dòng nạp là In =10% =6A(trong 10h) Chọn phơng án mắc 10 bình thành 2 nhánh song song nhau mỗi nhánh... lợng ắc quy ta nạp với dòng điện 13 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động không đổi là In = 0,1C20 Vì theo đặc tính nạp của ắc quy 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 ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp Khi thời gian nạp đợc... nạp cho 1 bình acquy phải thoã mãn: U n 2,7 Naq Unap 2,7 6 = 16,2 v Un : điện áp nạp Naq : số ngăn acquy đơn 16 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động Ta có 2 cách nạp cho acquy: Cách 1: Mắc liền 10 bình acquy nối tiếp nhau Ud = 16,2 10 = 162 v điện áp quá lớn Id = 6A dòng điện quá nhỏ Cách này không khả thi do dòng nạp quá thấp mà điện áp nạp quá lớn Cách 2: ta mắc... thông cho phép dòng qua tải Điện áp trung bình đặt lên tải : U d = c.Dạng điện áp: U do (1 + cos ) 2 Với U do = 0.9U 2 21 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động Ud 0 id 0 i II t 2 II Id t T1 0 i t D2 0 i t T2 0 t i D1 t i2 0 t d.Nhận xét u nhợc điểm của sơ đồ chỉnh lu 1 pha -Với việc thiết kế chế tạo bộ nguồn chỉnh lu điều khiển tiristor cho mạch nguồn nạp ắc quy tự động ... định dòng nạp thì ắc quy sẽ sôi và làm cạn nớc Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc quy sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp đợc giữ cho đến khi ắc quy đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cực của ắc quy bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp - Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau + ắc quy axit : - Dòng nạp ổn... kinh tế là phơng pháp mắc hỗn hợp 15 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động CHƯƠNG II Các Phơng án chỉnh la 1 : Lựa chọn bộ biến đổi : Vì nguồn điện lới là nguồn điện xoay chiều nên muốn nạp đợc dòng điện cho acquy thì ta phải dùng bộ chỉnh lu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều để cung cấp cho tải một chiều (ở đây là nguồn nạp điện cho acquy) - Thờng sử dụng... Phơng pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi A _ + V UN D D D + A _ + R R A _ + Nạp ắc quy với dòng điện không đổi Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc quy, bảo đảm cho ắc quy đợc no Đây là phơng pháp sử dụng trong các xởng bảo dỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc quy hoặc nạp sử chữa cho các ắc quy bị Sunfat hoá Với phơng pháp này ắc quy đợc mắc nối tiếp nhau và phải . định với độ chính xác đến 3% và đợc theo dõi bằng vol kế. Dòng nạp n aq n aq U E I R = lúc đầu sẽ rất lớn sau đó khi aq E tăng lên thì n I giảm đi khá nhanh. Phơng pháp nạp với điện. Khi đó điện áp nguồn nạp cho 1 bình acquy phải thoã mãn: U n 2,7 N aq U nap 2,7 . 6 = 16,2 v U n : điện áp nạp. N aq : số ngăn acquy đơn. 16 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn. đầu sôi 2,4V 2,1VEaq E Đặc tính nạp của ắc quy Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động + Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tu i thọ của ắcquy.