đồ án thiết kế bộ nạp cho acquy

Đặc điểm của ắc quy Ắc quy là một nguồn điện hóa, sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào vật liệucấu tạo bản cực và chất điện phân, với ắc quy chì sức điện động danh định của một... Nhờ

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY 1

1.3.1 Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy chì (ắc quy axit): 3

CHƯƠNG II 12

CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN MẠCH LỰC 12

CHƯƠNG III 23

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 23

CHƯƠNG IV 35

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 35

4.3.1 Tính toán khâu đồng pha 36

4.3.2 Khâu điện áp răng cưa 41

4.3.3 Khâu so sánh 43

4.3.4 Khâu tạo xung chùm 44

4.3.5 Cổng AND 46

4.3.6 Khâu khuếch đại xung và biến áp xung 47

4.3.7 Khối nguồn 51

4.3.8 Chọn linh kiện bán dẫn 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa và hội nhập vớithế giới nên được tiếp cận với khoa học kỹ thuật hiện đại Ngành công nghiệp đượctập trung phát triển vì thế các lĩnh vực khoa học được ứng dụng vào công nghiệpcũng phát triển trong đó có ngành công nghiệp điện tử, các mạch điều khiển người

ta thường dùng kỹ thuật số với các chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt và

dễ dàng thay đổi được cấu trúc tham số hoặc các luật điều khiển Nó làm tang tốc

độ tác động nhanh và có độ chính xác cao cho hệ thống Như vậy, nó làm chuẩn hóacác hệ thống truyền động điện và các bộ điều khiển tự động hiện đại và có nhữngđặc tính làm việc khác nhau

Trong ứng dụng đó thì việc áp dụng vào mạch nạp acquy tự động đang được sửdụng rộng rãi và có những đặc tính ưu việt Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạoacquy và nguồn nạp là hết sức cần thiết nó ảnh hưởng lớn đến dung lượng và độ bềncủa acquy

Với đề tài “ Tìm hiểu và thiết kế bộ nạp điện cho acquy” nhóm sẽ được tìm hiểuthêm nhiều kiến thức

Nhóm chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Duy Minh và các bạn đã giúp đỡ nhómtrong quá trình làm đồ án

Chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2015

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY

I Khái quát ắc quy

I.1.1 Khái niệm

Ắc quy là nguồn điện hóa hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khácnhau, nó cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện dùng trong côngnghiệp cũng như trong dân dụng Ắc quy là nguồn cung cấp cho các động cơ khởiđộng

I.1.2 Phân loại

Có rất nhiều loại ắc quy khác nhau, được sản xuất tùy thuộc vào điều kiện yêucầu cụ thể của từng loại máy móc, dụng cụ, điều kiện làm việc cũng như những tínhnăng kinh tế kỹ thuật của ắc quy, có thể liệt kê những loại ắc quy sau:

• Ắc quy chì (ắc quy axit)

I.1.3 Đặc điểm của ắc quy

Ắc quy là một nguồn điện hóa, sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào vật liệucấu tạo bản cực và chất điện phân, với ắc quy chì sức điện động danh định của một

Cấu trúc của một ắc quy đơn giản gồm có phân khối bản cực dương, phân khốibản cực âm, các tấm ngăn Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại vớinhau.

Cấu tạo của một bản cực trong ắc quy gồm có phần khung xương và chất tácdụng trát lên nó Khung xương của bản cực âm và bản cực dương có cấu tạo giốngnhau, chúng được đúc từ chì và có pha thêm 5 ÷ 8% awntimoang (Sb) và tạo hìnhmắt lưới Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc

Hình 1.1:Cấu tạo bản cự của ắc quy.

1: Vấu bản cực, 2: Chất tác dụng, 3: Cốt bản cực

Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữucơ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp mà cải thiệnđược độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thờidiện tích thực tế tham gia phản ứng hóa học của các bản cực cũng được tăng thêm.Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc quy đơn đượchàn với nhau tạo thành khối bản cực dương, các bản cực âm được hàn với nhauthành khối bản cực âm Số lượng các bản cực trong mỗi ắc quy thường từ 5 ÷ 8 tấm,

bề dày tấm bản cực dương của ắc quy thường từ 1,3 ÷ 1,5 mm, bề dày tấm bản cực

âm thường mỏng hơn 0,2 ÷ 0,3 mm Số bản cực âm trong ắc quy thường nhiều hơn

số bản cực dương một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gian phản ứng củacác bản cực Tấm ngăn được bố trí giữa các bản cực âm và dương có tác dụng ngăncách và tránh va đập giữa các bản cực Tấm ngăn được làm bằng vật liệupolyvinyclo bề dày 0,8 ÷ 1,2 mm và có dạng lượn sóng, trên bề mặt tấm ngăn cócác lỗ cho phép dung dịch điện phân thông qua.

III Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy

Ắc quy là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng lượngdưới dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng

Quá trình ắc quy cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện.Quá trình ắc quy dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện

Phản ứng hóa học biểu diễn quá trình chuyển hóa năng lượng

1.3.1 Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy chì (ắc quy axit):

Trong ắc quy axit có các bản cực dương là chì ddioxxit (PbO2), các bản âm làchì (Pb), dung dịch điện phân là axit sunfuaric (H2SO4) nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3%

( - ) Pb | H2SO4 d = 1,1 ÷ 1,3 | PbO2 ( + )Phương trình hóa học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc quy chì (axit):

PbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2OThế điện đồng e = 2,1 V

Khi nạp nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử “e” chuyển động từcác bản cực âm đến các bản cực dương Đó là dòng điện nạp In

Khi phóng điện dưới tác động của sức điện động riêng của ắc quy các điện tử sẽchuyển động theo hướng ngược lại từ dương đến âm và tạo thành dòng điện phóng.Khi ắc quy nạp no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO2 còn ở các bảncực âm là chì xốp Pb, khi phóng điện các chất tác dụng ở hai bản cực đều trở thànhsunfat chì PbSO4 có dạng tinh thể nhỏ

Phóng Nạp

Nhận xét: Khi phóng điện axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat còn nước

bị phân hóa ra, do đó nồng độ của dung dịch giảm đi Khi nạp điện thì ngược lạinhờ hấp thụ nước và tái sinh ra axit sunfuric nên nồng độ của dung dịch tăng lên Sựthay đổi nồng độ của dung dịch điện phân khi phóng và nạp là một trong những dấuhiệu để xác minh mức điện của ắc quy trong khi sử dụng

1.3.2 Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy kiềm:

Trong ắc quy kiềm có bản cực dương là Ni(OH)3, bản cực âm là Fe, dung dịchđiện phân là: KOH nồng độ d = 20%

( - ) Fe | KOH d = 20% | Ni(OH)3 ( + )Phương trình hóa học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc quy kiềm :

Fe + 2Ni(OH)3Fe(OH)3 + 2Ni(OH)2Thế điện động e = 1,4 V

Nhận xét:Trong quá trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân thay đổi Khi

ắc quy phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Khi ắc quy nạp điệnnồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dungdịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện ắc quy

IV Các thông số cơ bản của ắc quy

1.4.1 Sức điện động của ắc quy

Sức điện động của ắc quy kiềm và ắc quy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịchđiện phân Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm :

E0 = 0,85 + γ (V)Trong đó :

E0 – Sức điện động tĩnh của ắc quy (V)

γ – Nồng độ dung dịch điện phân ở 15 oC (g/cm3)

Ngoài ra suất điện động còn phụ thuộc vào nhiệt độ trong dung dịch

Nạp Phóng

• Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc quy được tínhtheo công thức:

Ep = Up + Ip.raqTrong đó:

Ep – Sức điện động của ắc quy khi phóng điện (V)

Ip – Dòng điện phóng (A)

Up – Điện áp đo trên các cực của ắc quy khi phóng điện (V)

raq – Điện trở trong của ắc quy khi phóng điện (Ω)

• Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc quy được tính theocông thức:

En = Un – In.raqTrong đó:

En – Sức điện động của ắc quy khi nạp điện (V)

In – Dòng điện nạp (A)

raq – Điện trở trong của ắc quy khi nạp điện (Ω)

1.4.2 Dung lượng của ắc quy

• Dung lượng phóng của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấpnăng lượng điện của ắc quy cho phụ tải được tính theo công thức:

Cp = Ip.tpTrong đó:

Cp – Dung dịch thu được 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 lượng nạp của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ nănglượng của ắc quy được tính theo công thức:

Cn = In.tnTrong đó:

Cn – Dung dịch thi được trong quá trình nạp (Ah)

In – Dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn (A)

tn – Thời gian nạp điện (h)

Từ đặc tính phóng của ắc quy như hình 1.2ta có nhận xét:

• Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động, điện

áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên, trong khoảng thờigian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổnđịnh hay thời gian cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắcquy (dòng điện phóng) của ắc quy

• Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thì thay đổi đột ngột Nếu ta tiếp tụccho ắc quy phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của ắc quy sẽgiảm rất nhanh Mặt khác, các tinh thể chì sunfat (PbSO4) tạo thành trongphản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hòa tan (biến đồi hóa học) trong quátrình nạp điện trở lại cho ắc quy sau Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóngđiện cho phép của ắc quy, các giá trị Ep, Up, γ tại tgh gọi là các giá trị giớihạn phóng điện của ắc quy Ắc quy không được phóng điện khi dunglượng còn khoảng 80%

• Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điệnđộng, điện áp của ắc quy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, tagọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc quy Thời gian hồiphục này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc quy (dòng điện phóng

và thời gian phóng)

1.5.2 Đặc tính nạp của ắc quy

Đặc tính nạp của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điệnđộng, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòngđiện nạp không thay đổi

Hình 1.3 Đặc tính nạp của ắc quy.

có tác dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cựcđược biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóngđiện của ắc quy.

• Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc quy kéo dài từ 2 ÷ 3 h trong suốtthời gian đó hiệu điện thế các bản cực của ắc quy và nồng độ dung dịchđiện phân không thay đổi Như vậy dung lượng thu được khi ắc quyphóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết đê nạp no ắc quy

• Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc quy, nồng độ dungdịch điện phân giảm xuống và ổn định Thời gian này cũng gọi là khoảngnghỉ của ắc quy sau khi nạp

• Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắcquy Dòng điện nạp định mức đối với ắc quy In = 0,1C20.Trong đó: C20 làdung lượng của ắc quy mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là In =0,1C20 thì sau 20h ắc quy sẽ đầy

Ví dụ: ắc quy C = 200Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10%dung lượng (tức In = 20A) thì sau 20h ắc quy sẽ đầy

1.5.3 So sánh ắc quy kiềm và ắc quy axit

Cả hai loại ắc quy này đề có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc dungkháng và sức phản điện động Nhưng chúng có những điểm khác nhau và đượctrình bày ở bảng dưới:

- Khả năng quá tải không cao, dòng

nạp lớn nhất đạt được khi quá tải là

Inmax = 20%C10

- Hiện tượng phòng lớn, do đó ắc quy

nhanh hết điện ngay cả khi khôn sử

dung

- Sử dụng rộng rãi trong đời sống,

công nghiệp, ở những nơi có nhiệt độ

cao va đập lớn nhưng đòi hỏi công suất

và quá tải vừa phải

- Dùng trong xe máy, oto, các động cơ

máy nổ công suất vừa và nhỏ

- Dùng phổ biến trong công nghiệphàng không, hàng hải và những nớinhiệt độ môi trường thấp

1.6.1 Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi.

Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại

ắc quy, bảo đảm cho ắc quy được no Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởngbảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho các ắc quy hoặc sửa chữa cho các ắc quy bịsunfat hóa Với phương pháp này ắc quy được mắc nối tiếp nhau và phải thỏa mãnđiền kiện:

Un≥ 2,7.NaqTrong đó: Un – điện áp nạp, Naq – số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch

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

R =

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéodài và yêu cầu các ắc quy đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức Để khắc phụcnhược điểm thời gian kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạpthay đổi hai hay nhiều nấc Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhấtchọn bằng (0,3 ÷ 0,5)C20 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc quy bắtđầu sôi Dòng nạp ở nấc thứ hai là 0,05C20

1.6.2 Phương pháp nạp với điện áp không đổi.

Phương pháp này yêu cầu các ắc quy mắc song song với nguồn nạp Hiệu điệnthế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3V ÷ 2,5V) cho mỗi ngăn ắc quyđơn với độ chính xác đến 3% Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời giannạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian Tuy nhiên, dùng phương pháp này

ắc quy không được nạp no Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương phápnạp bổ xung cho ắc quy trong quá trình sử dụng

• Đối với ắc quy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thìtrong khoảng thời gian tn = 16h tương đương với 75% ÷ 80% dung lượng

ắc quy ta nạp với dòng điện không đổi In = 01,C20 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 chothiết bị nạp Sau thời gian 16h ắc quy bắt đầu sôi lúc đố ta chuyển sangnạp ở chế độ ổn áp Khi thời gian nạp được 20h thì ắc quy bắt đầu no, tanạp bổ xung thêm 2h ÷ 3h.

• Đối với ắc quy kiểm: Trình tự nạp cũng giống như ắc quy axit nhưng dokhả năng quá tải của ắc quy kiểm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp vớidòng nạp In = 0,1C20 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòngnạp In = 0,25C20

Các quá trình nạp ắc quy 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 quy, lúc đó dòng nạp sẽ giảm vềkhông

Kết luận:

• Vì ắc quy là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện độngcho nên khi ắc quy đó mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điệntrong ắc quy sẽ tự động dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi ắcquy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vậy trong vùng nạp chính ta phảitìm cách ổn định dòng nạp cho ắc quy

• Khi dung lượng của ắc quy dâng lên 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổnđịnh dòng nạp thì ắc quy sẽ sôi và làm cạn nước Do đó đến giai đoạnnày ta lại chuyển chế độ nạp ắc quy sang chế độ ổn áp Chế độ ổn ápđược giữ cho đến khi ắc quy đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cựccủa ắc quy bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm vềkhông, kết thúc quá trình nạp

• Tùy theo loại ắc quy mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau:

+ Ắc quy axit: - Dòng nạp ổn định In = 0,1C20

- Dòng nạp cưỡng bức In = (0,3 ÷ 0,5)C20

+ Ắc quy kiềm: - Dòng nạp ổn định In = 0,1C20

- Dòng nạp cưỡng bức In = 0,25C20

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN MẠCH LỰC

I Giới thiệu chung

Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành nănglượng dòng một chiều

Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi trong thực tế

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu.

Trong đó:

BA: biến áp, làm nhiệm vụ chuyển từ điện áp quy chuẩn của lưới điện xoaychiều U1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu của tải và biến đổi số pha của nguồnlưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van

MV: Mạch van, là các van bán dẫn được mắc với nhau theo kiểu nào đó để

có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu

Lọc: Mạch lọc, nhằm bảo đảm cho điện áp hoặc dòng điện một chiều cấp chotải là bằng phẳng đúng yêu cầu

Phân loại:

Theo số pha cấp cho mạch van: Một pha, hai pha, ba pha,…

Theo van bán dẫn: không điều khiển, có điều khiển và bán điều khiển

Theo sơ đồ mắc van với nhau: sơ đồ ình tia và sơ đồ hình cầu

II Giới thiệu một số mạch lực

2.2.1 Mạch chỉnh lưu Tristor 2 nửa chu kỳ

Hình 2.4 Dạng điện áp khi ở chế độ dòng liên tục.

• Sụt áp do dòng trùng dẫn : Uγ=

• Góc trùng dẫn γ xác định theo công thức: -

• Dòng điện trên tải : Id =

• Dòng điện qua van: IT =

• Điện áp ngược: Ungmax = 2,83U2

• Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id

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

• Công suất tải: Pd = Ud.Id

• Công suất máy biến áp: Sba = 1,48Pd

Nhận xét:

Mạch chinh lưu có điều khiển 1 pha 2 nửa chu kỳ có điểm trung tính có cấu tạođơn giản, dễ dàng đấu nối, ít kênh điểu khiển, điện áp và dòng liên tục trong suốtquá trình làm việc Mạch thường được sử dụng trong những mạch có công suất nhỏ

và vừa

2.2.2 Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha.

2.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.5 Sơ đồ mạch chỉnh lưu có điều khiển hình cầu 1 pha.

• Trong khoảng trùng dẫn γ cả 4 van đều dẫn dòng điện Theo Hình 2.6, ta

thấy mạch tải bị ngắn mạch bởi 2 đường do các van cùng mở tạo thànhkhi đó điện áp trên tải bằng 0

2.2.2.4 Các công thức cơ bản

• Điện áp trên tải:

• Sụt áp do dòng trùng dẫn: Uγ =

• Góc trùng dẫn γ xác định theo công thức: -

• Dòng điện trên tải: Id =

• Dòng điện qua van: IT =

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

• Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 1,11Id

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

• Công suất tải: Pd = Ud.Id

• Công suất máy biến áp: Sba = 1,23Pd

Nhận xét:

Mạch chỉnh lưu có điều khiển hình cầu 1 pha sử dụng nhiều kênh điều khiểnhơn, điện áp và dòng liên tục trong suốt quá trình làm việc Mạch thường được dùngtrong mạch có công suất nhỏ và vừa

2.2.3 Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha

2.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.7 Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha.

2.2.3.2 Dạng điện áp

Hình 2.8 Dạng điện áp ở chế độ dòng liên tục.

Hình 2.9 Dạng điện áp khi có hiện tượng trùng dẫn.

• Góc trùng dẫn γ xác định theo công thức: cosα – cos(α + γ) =

• Dòng điện trên tải: Id =

• Dòng điện qua van: IT =

• Điện áp ngược trên van: Ungmax = 2,45U2

• Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id

• Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 0,47Id.Kba

• Công suất tải: Pd = Ud.Id

• Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd

Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạtđộng được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việctrong 1/3 chu kỳ nên dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ Mạch dùng nguồn 3pha nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm Ampe.

2.2.4 Mạch chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha

2.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.10 Mạch chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha.

2.2.4.2 Dạng điện áp

Hình 2.11 Dạng điện áp chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha 2.2.4.2 Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ hình cầu cho phép sử dụng một nửa van là Tristor, nửa còn lại là Diot, do

đó làm giảm được giá thành thiết bị biến đổi vì Diot rẻ hơn Tristor Sơ đồ điểnkhiển cũng trở nên đơn giản hơn

• Điện áp trên tải:Udα = (1 + cosα)

• Dòng điện trên tải:Id =

• Dòng điện qua van: IT =

• Điện áp ngược: Ungmax = 1,41U2

• Dòng điện thứ cấp: I2 = 1,11Id

• Dòng điện sơ cấp: I1 = 1,11Id.Kba

• Công suất tải: Pd = UdId

• Công suất máy biến áp: Sba = 1,23Pd

Nhận xét:Sơ đồ cầu 1 pha bán điều khiển đơn giản, dễ dàng đấu nối Do sử

dụng 2 Diot thay cho 2 Tristor nên giá thành mạch rẻ và mạch sử dụng ít kênh điềukhiển nên việc thiết kế mạch điều khiển trở nên dễ dàng hơn Tổng sụt áp trên vanlớn không phù hợp cho tải có áp thấp vì nó làm giảm hiệu suất sử dụng bộ nạp

2.2.5 Kết luận:

Trong các sơ đồ chình lưu chúng ta thấy dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng vàchỉnh lưu không đối xứng cầu 3 pha cho chúng ta chất lượng điện áp và dòng điệntốt nhưng mạch sử dụng nhiều kênh điều khiển do vậy việc thiết kế mạch phức tạp,mạch sử dụng nhiều Tristor nên giá thành cao

Do yêu cầu công nghệ, mạch nạp có công suất nhỏ nên chọn sơ đồ “chỉnh lưubán điều khiển 1 pha” Mạch có những ưu điểm sau:

• Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như chỉnh lưu hìnhcầu 1 pha đối xứng

• Đơn giản hơn do số lượng Tiristor giảm xuống còn 2 nên mạch điềukhiển có ít kênh điều khiển và bảo đảm kinh tế

• Cùng một dải điều chình điện áp một chiều thì chỉnh lưu hình cầu bánđiều khiển điều khiển chính xác hơn

• Do mạch nạp nên không cần làm việc ở chế độ nghịch lưu hoàn trả nănglượng về lưới Trong sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha tạimỗi thời điểm phát xung điều khiển chỉ cần cấp một xung

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC

Việc thiết kế, lựa chọn và tính toán mạch động lực quyết định đến chất lượngcủa nguồn cấp khi nạp cho ắc quy, vì thế, nó có thể ảnh hưởng trực tiếp chất lượngcủa ắc quy Việc lựa chọn, thiết kế và tính toán mạch động lực hết sức quan trọng,vừa phải đảm bảo tính kinh tế

Từ những phân tích và tìm hiều, ta chọn mạch nạp ắc quy là “sơ đồ chỉnh lưubán điều khiển hay sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu”

Hình 3.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu.

I Tính chọn van mạch lực

Khi chọn van cần quan tâm trước tiên đến hai tiêu chí:

- Chỉ tiêu về dòng điện, thường phải tính được trị số dòng điện trung bình(hoặc trị số hiệu dụng) lớn nhất chảy qua van, cần quan tâm đến dạng dòngđiện, giá trị dòng điện đỉnh, dòng quá tải,… tùytừng trường hợp cụ thể

- Chỉ tiêu về điện áp, chủ yếu là điện áp ngược tối đa đặt lên van trong quátrình làm việc.

Sau đó phải giải quyết đến vấn đề tản nhiệt và làm mát cho van

3.1.1 Số liệu cho trước

• Điện áp nguồn 3 pha: 220/380 V, f = 50Hz

• Đầu ra: Ud = 24 V

• Dung lượng của ắc quy: C = 80Ah

• Khả năng điều chỉnh dòng nạp 0,5 cực đại

3.1.2 Số liệu tính toán và chọn van

Từ số liệu đề bài ta có:

- Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau :

Điện áp ngược của van được tính :

 Ungv = 2.37,70 = 75,4 VDòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng :

Iđmv = ki.Ih = 1,6.5,66 = 9,10 AVới ki: Hệ số dự trữ dòng điên, chọn ki = 1,6

Từ các thông số Ungv = 75,4 V và Iđmv = 9,10 A tra bảng phụ lục 1,2 trong sách :Hướng dẫn thiết kế ĐTCS – Phạm Quốc Hải) ta chọn được các van như sau :

• Chọn 2 Tiristor T10-10 do Nga chế tạo, có các thông số sau :

Dòng điện định mức của van: Iđmv = 10 A

Cấp điện áp: 1- 12

Sụt áp trên van: U = 1,85V

Cấp biến thiên của điện áp: = 2 – 6

Cấp biến thiên của dòng điện: = 2 - 5.

Điện áp điều khiển nhỏ nhất: Uđk = 3V

Đỉnh xung dòng điện lớn nhất: Iđỉnh = 200 A

Dòng điều khiển nhỏ nhất: Iđk = 75 mA

Dòng điện rò: Ir = 3 mA

Cấp thời gian phục hồi tính chất khóa của van; tph = 2 – 4

• Chọn 2 Diot B10 do Nga chế tạo, có các thông số sau :

Dòng điện định mức của van : Iđm =10 A

Điện áp định mức : Uđm =100 V ÷ 1200 V

Giá trị hiệu dụng : Ihd = 16 A

Giá trị trung bình sụt áp: U = 0,6 V

Điện áp ngưỡng trong đặc tính VA: U0 = 1 V

Điện trở động trong đặc tính VA: Rđ = 400 Ω

3.1.3 Bảo vệ quá dòng và quá áp

3.1.3.1 Bảo vệ quá dòng điện

Để bảo vệ quá tải và ngắn mạch về dòng điện thường dùng aptomat hoặc cầuchì Nguyên tắc chọn thiết bị này là theo dòng điện, với Ibv = (1,1 ÷ 1,3)Ilv Dòngbảo vệ ngắn mạch của aptomat không vượt quá dòng ngắn mạch của máy biến áp.Chọn aptomat có các thông số yêu cầu sau: