Thiết kế phần điện áp 1 chiều cho bộ UPS

Thiết kế phần điện áp 1 chiều cho bộ UPS

§å ¸n m«n häc: §iÖn tö c«ng suÊt

§Ò bµi:

ThiÕt kÕ phÇn ®iÖn ¸p 1 chiÒu cho bé UPS:

- §iÖn ¸p nguån: 220 VAC+10%,-10%

- C«ng suÊt: 4 KVA

- §iÖn ¸p ra: 110 V

- TÇn sè vµo: 60Hz

Ch ¬ng 1 C«NG NGHÖ Vµ Y£U CÇU KÜ THUËT

SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41 1

I.GI Ớ 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 trangthiết 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 vớibiên 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 hởngtrong 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 cóthể 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

 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 cấpNhững 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 áprơi 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 phânthành các loại sau:

Điều cần chú ý trớc hết của những sự cố và hậu quả của nó về phơng diện:

 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 đềnày, 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

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 – K41 3

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 mọitình 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 hệthống 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  0 , 5%, tần số 1%)UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các khâu trunggian: 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,ytế,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 khôngcho phép đợc mất điện UPS đợc sử dụng trong ngành hàng không để đảm bảo sự thắpsáng liên tục của đờng băng sân bay

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 khiển số,điều khiển giám sát,máy tự động.-Bộ điều khiển lập trình,hệ thống điều

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, nhữngnơi 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 Icp=2.33Iđm

-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,sửdụng thiết bị điều khiển vi xử lí dựa trên kĩ thật số

-Biên độ điện áp điều chỉnh trong phạm vi sai số 0.5% 1%,thời gian điều chỉnh nhanh,kích thớc và trọng lợng của hệ nhỏ

1.4.2.Phân biệt theo chế độ làm việc

a.UPS gián tiếp(offline UPS)

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 – K41 5

-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

110

+_

CL: Cung cấp nguồn một chiều cho nghịch lu và nạp thờng trực cho ắcquy AQ: Tạonăng 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 tronggiới hạn cho phép

NL:Chuyển đổi DC AC với sai số cho phép chặt chẽ ,chắc chắn hơn hệthống chính

ĐK: Bao gồm cả hệ thống phản hồi ,điều khiển hoạt động của CL ,NLvà quá trìnhphóng 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 quiaxit

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

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  8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình mắt lới Phụgia 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 củamỗi ắc qui đơn đợc hàn với nhau tạo thành khối bản cực dơng, các bản cực âm đợc hàn vớinhau 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 Tấmngăn 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 ( PbO2 ), các bản âm là chì ( Pb ), dung dich điện phân là axit sunfuaric ( H2SO4 ) nồng độ d  1,1  1,3 %

(- ) Pb  H2SO4 d  1,1  1,3  PbO2 ( + )

Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit :

phóng

PbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O 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

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:

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 )

Up - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)

rb - 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.rb

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 )

rb - 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:

a Đặc tính phóng acqui

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 – K41 9

CP = IP.tP Vùng phóng điện cho phép

2 0

5

10

1,75 1,95 2,11

I (A) E,U (V)

10 6

Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động,

điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi

Từ đặc tính phóng của ắc qui nh trên hình vẽ ta có nhận xét sau:

Trong khoảng thời gian phóng từ tp  0 đến tp  tgh, sức điện độngđiện áp, nồng độdung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thịkhông lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tơng ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc qui ( dòng điện phóng )

Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột Nếu ta

tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động ,điện áp của ắc qui sẽ giảm rất nhanh Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) 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 ắc qui sau này Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up,  tại tgh đợc gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc qui ắc qui không đợc phóng điện khi dung lợng còn khoảng 80%

Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức điện động,

điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta 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

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 dòng điện nạp không thay

Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện ợng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc qui đơn tăng đến 2,4 V Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên Thời gian này gọi làthời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực

t-đợc biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng điện của ắc qui

Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2  3 h trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân không thay

đổi Nh vậy dung lợng thu đợc khi ắc qui phóng điện luôn nhỏ hơn dung lợng cần thiết để nạp no ắc qui

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

Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắc qui Dòng điệnnạp định mức đối với ắc qui là In  0,1C10

Trong đó C10 là dung lợng của ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là In

 0,1C10 thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy

Ví dụ với ắc qui C  180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10% dung ợng ( tức In  18 A ) thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy

l-2.6 Sự khác nhau giữa ắc qui kiềm và ắc qui axit:

Cả hai loại ắc qui này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc loại dungkháng và sức phản điện động Nhng chúng còn có một số đặc điểm khác biệt sau :

- Khả năng quá tải không cao, dòng

nạp lớn nhất đạt đợc khi quá tải là

Inmax = 20%C10

_Hiện tợng phòng lớn, do đó ắc qui

nhanh hết điện ngay cả khi không sử

dụng

_Sử dụng rộng rãi trong đời sống,

công nghiệp đặc biệt ở những nơi có

_Sử dụng ở những nơi có yêu cầu công suất lớn quá tải thờng xuyên,

đợc sử dụng với các thiết bị công suất lớn

_Dùng phổ biến trong công nghiệp hàng không, hàng hải và những nơi nhiệt độ môi trờng thấp

a Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.

Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với mỗi loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui đợc no Đây là phơng pháp sử dụng trong các xởng bảo dỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá Với phơng pháp này ắc qui đợc mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :

Un  2,7.Naq

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 – K41 11

Trong đó: Un - điện áp nạp

Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch

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

n

aq n

I

N 0 , 2 U

Nhợc điểm của phơng pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài

và yêu cầu các ắc qui đa vào nạp có cùng dung lợng định mức Để khắc phục nhợc điểm thời gian nạp kéo dài, ngời ta sử dụng phơng pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Trong trờng hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3  0,6 )C10 tức là nạp cỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10

b Phơng pháp nạp với điện áp không đổi.

Phơng pháp này yêu cầu các ắc qui đợc mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và đợc tính bằng (2,3V  2,5V) cho mỗi ngăn đơn Phơng pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phơng pháp này ắc qui không đợc nạp no Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phơng pháp nạp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử dụng

c Phơng pháp nạp dòng áp.

Đây là phơng pháp tổng hợp của hai phơng pháp trên Nó tận dụng đợc những u

điểm của mỗi phơng pháp

Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá đợc tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phơng án nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp

Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nh hiệu suất nạp thì trong khoản thời gian tn  8h tơng ứng với 7580 % 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 độ

ổn áp Khi thời gian nạp đợc 10 h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 đến 3h

Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống nh ắc qui axit nhng do khả năngquá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In  0,2C10 hoặc nạp cỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In  0,5C10

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

áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không

2.8.Tính toán và lựa chọn acqui

Căn cứ vào đầu ra của bộ nghịch lu độc lập nguồn dòng điện, ta có thể chọn đợc

điện áp đầu vào đặt lên ắcquy.Giả sử ta chọn bộ nghịch lu độc lập nguồn áp một pha Khi đó điện áp ra dạng xung chữ nhật ,nếu phân tích ra các thành phần của chuỗiFourier sẽ gồm các thành phần sóng hài với biên độ bằng:

U(n)=-2

n

n E



 )) cos(

1 (  

Nh vậy điện áp ra tồn tại các thành phần sóng hài bậc lẻ 1,3,5,7 với biên độ

5

4 , 3

Để điện áp ra có dạng sin có thể dùng các bộ lọc để lọc bỏ cácthành phần sóng hài bậc cao Giả sử điện áp ra đã đợc lọc chỉ còn thành phần sóng hàibậc một dạng sin biên độ 

áp trung bình Ed=60(V)DC để cung cấp cho ăcquy và nghịch lu Sau khi qua bộ nghịch lu

sẽ sử dụng một máy biến áp để nâng điện áp lên 110V xoay chiều phù hợp với tải

ắcquy đợc chọn là loại ắc quy 12V Nh vậy ta cần mắc 60/12=5 ắc quy mắc nối tiếpnhau

*Tính toán dung lợng của ắc quy.

Với yêu cầu về công suất của UPS là 4 KVA, Ur = 110(V ) ta cần sử dụng máy biến

áp Nếu coi hiệu suất của máy biến áp là 95% thì hiệu suất phía sơ cấp của máy biến ápnghịch lu là:

Snghịch lu=

95 , 0

Ucl: điện áp đầu ra bộ chỉnh lu

Ud: điện áp đặt trên hai đầu ắc quy Ud=60(VDC)

Ut: điện áp tổn hao do nội trở của ắc quy

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 – K41 13

Với loại ăcquy 12V ta tra đợc nội trở trong của ăcquy là r=0,0015 Vậy nội trởtrong của bộ ăcquy là R=0,0015*6*5=0,045()(Mỗi acqui có 6 ngăn).

Điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu là:

Ucl=60 + 56,13*0,045 = 62,53(VDC)

Kết luận:

-Vì ắc qui là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi

ắc qui đói mà ta nạp theo phơng pháp điện áp thì dòng điện trong ắc qui sẽ tự động dâng nên không kiểm soát đợc sẽ làm sôi ắc qui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc qui

Khi dung lợng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nớc Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế

độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp đợc giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui 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 qui axit : dòng nạp In  0,1C10 ; nạp cỡng bức với dòng

điện nạp In  0,2C10

+ ắc qui kiềm : dòng nạp In  0,2C10; nạp cỡng bức với

dòng điện nạp In  0,5C10

 Qua phân tích về yêu cầu kỹ thuật của bộ lu điện ở trên, em chọn phơng án thiết

kế bộ chỉnh lu cho bộ lu điện loại Offline UPS vì nó khá đơn giản về thiết kế và đáp ứng

đợc những đòi hỏi cơ bản của 1 nguồn điện dự phòng

- Chọn loại ắcquy 12V ( 5 ắcquy mắc nối tiếp nhau )

- Trong đó

+ Điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu là: 62,53 V

+ Dòng điện cần thiết để nạp cho ắcquy là: 56,13 ( A )

CHƯƠNG 2 LƯạ CHọN Và TíNH TOáN MạCH CHỉNH LƯU

Do yêu cầu của bài là điện áp một pha nên ta sẽ chọn lựa mạch lực dựa trên một số mạch chỉnh lu một pha cơ bản :

1 Chỉnh lu một nửa chu kỳ

Hình 1 Sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kỳ.

ở sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kỳ hình 8.1 sóng điện áp ra một chiều sẽ bị gián đoạntrong một nửa chu kỳ khi điện áp anod của van bán dẫn âm, do vậy khi sử dụng sơ đồchỉnh lu một nửa chu kỳ, chúng ta có chất lợng điện áp xấu, trị số điện áp tải trung bìnhlớn nhất đợc tính:

2 Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.

Hình 2 Sơ đồ chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 – K41 15

T2 U1

Theo hình dạng sơ đồ, thì biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giốnghệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua Cho nên ở cả hai nửachu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn Trong sơ đồ này điện áp tải

đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ, với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoaychiều Hình dạng các đờng cong điện áp, dòng điện tải (Ud, Id), dòng điện các van bándẫn I1, I2 và điện áp của van T1 mô tả trên hình 8.3a khi tải thuàn trở và trên hình 8.3bkhi tải điện cảm lớn

Hình 3 Các đờng cong 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:

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 điềukhiển, thì sơ đồ hình 8.2 nói chung và việc điều khiển các van bán dẫn ở đây tơng đối đơngiản Tuy vậy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mà mỗi cuộn chỉlàm việc có một nửa chu kỳ, làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sửdụng biến áp xấu hơn, mặt khác điện áp ngợc của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớnnhât

0

Ud

Id I1

I2

t

t t t

c.

b

3 Chỉnh lu cầu một pha đối xứng

Hình 4 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng

Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả nh sau Trong nửa bán kỳ điện ápanod của Tiristo T1 dơng (+) (lúc đó catod T2 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả haivan T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông để đặt điện áp lới lên tải, điện áp tảimột chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các Tiristo còn dẫn (khoảng dẫn củacác Tiristo phụ thuộc vào tính chất của tải) Đến nửa bán kỳ sau, điện áp đổi dấu, anod củaTiristo T3 dơng (+) (catod T4 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4 đồngthời, thì các van này sẽ đợc mở thông, để đặt điện áp lới lên tải, với điện áp một chiều trêntải 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 cảchu 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 tơng tự nh trênhình 3a.b Trong sơ đồ này dòng điện chạy qua van giống nh sơ đồ hình 2, nhng điện ápngợc van phải chịu nhỏ hơn Unv = 2.U2

Việc điều khiển đồng thời các Tiristo T1,T2 và T3,T4 nhiều khi gặp khó khăn chotrong khi mở các van điều khiển, nhất là khi công suất xung không đủ lớn Để tránh việc

mở đồng thời các van nh ở trên, mà chất lợng điện áp chừng mực nào đó vẫn có thể đápứng đợc, ngời ta có thể sử dụng chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng

4.Chỉnh lu cầu một pha không đối xứng

 (-) nguồn.Lúc này điện áp đặt lên T2< 0 nên T2 khoá.

ở nửa chu kì âm điện áp bắt đầu từ O2 điện áp đặt lên  tải  D1  (-)nguồn

Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng nhau

53 , 62

* 14 , 3

* 2

* cos

1

Hình III.4

=

360

75 180

* 13 ,

56  =16,37(A) Dòng trung bình qua Điốt :

= 42,87 (A)

Mặt khác ta có khi điện áp nguồn có sự dao động trong khoảng 220-25%-:-220+10%tức là trong khoảng 165 V-:-242 V thì tính toán tơng tự nh trên ta thấy  có sự thay đổitrong khoảng 48 0 -:- 81,5o

Nhận xét : Sơ đồ chỉnh lu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu tạo đơn giản,

gọn nhẹ , dễ điều khiển , tiết kiệm van Thích hợp cho các máy có công suất nhỏ và vừa

*Kết luận:

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 – K41 19

Qua phân tích 3 phơng án trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu cầu 1 pha không đối xứng vớinhững u điểm sau:

- Sử dụng 2 van thyristor, 2 điốt, tiết kiệm hơn nên giảm giá thành cho bộ biến đổi

- Mạch lực và sơ đồ điều khiển đơn giản

- Việc nạp ắc quy không có yêu cầu cao về chất lợng điện áp

- Lấy điện trực tiếp từ nguồn điện 220V,60Hz

- Công suất của bộ nguồn UPS không lớn (4KVA) thích hợp với sơ đồ chỉnh lubán điều khiển 1 pha

I.1.Tính chọn van thyristor

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện toả nhiệt,điện áp làm việc,các thông số cơ bản của van đợc tính nh sau :

Điện áp ngợc lớn nhất mà Thyristor phải chịu :

Ung max = 2U2 = 1,41.220=310,2(V)

Chọn điều kiện làm mát của van bằng quạt nên:

Điện áp ngợc của van cần chọn :

Ung = KdtU Ungmax =1,7 310,2 = 527,34 (V)

KdtU - hệ số dự trữ điện áp ,chọn KdtU =1,7

Dòng lớn nhất qua van:

= 28,06 (A)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 =(22,5).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 sốsau :

- Điện áp ngợc cực đại của van: Un = 600 (V)

- Dòng điện định mức của van:Iđm = 80 (A)

- Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 415 (A)

- Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 50 (mA)

- Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 2,5 (V)

- Dòng điện rò: Ir = 3 (mA)

- Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : U = 1,9 (V)

- Tốc độ biến thiên điện áp :

dt

dU

= 500 (V/s)

- Thời gian chuyển mạch : tcm = 50(s)

- Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax = 125 oC

2.Tính toán chọn Điốt công suất

Dòng điện chỉnh lu cực đại chảy qua điốt là:

Imax = 0.7Id =70,15.0,75 = 56,6 (A)