Thiết kế nguồn nạp ắc quy tự động

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Trong đà phát triển khoa học kỹ thuật nhiều thành tựu đợc áp dụng vào công nghiệp Với xu phát triển khoa học ngày ứng dụng kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tin học, khí xác để thực tự động hoá Tự động hoá đợc áp dụng cho máy, tổ hợp máy đến dây chuyền công nghệ nhà máy tiến tới tự động hoá ngành sản xuất Nếu nh khí hoá giảm nhẹ sức lao động chân tay ngời mà giảm nhẹ phần sức lao động trí óc ngời Điều làm cho tự động hoá trở thành đặc trng sản xuất công nghiệp đại Ngày công nghiệp mạch điều khiển ngời ta thờng dùng kỹ thuật số với chơng trình phần mềm đơn giản, linh hoạt dễ dàng thay đổi đợc cấu trúc tham số luật điều khiển Nó làm tăng tốc độ tác động nhanh có độ xác cao cho hệ thống Nh làm chuẩn hoá hệ thống truyền động điện điều khiển tự động đại có đặc tính làm việc khác Trong ứng dụng việc áp dụng vào mạch nạp ắc quy tự động đợc sử dụng rỗng rãi có đặc tính u việt Bởi ắc quy nguồn cấp điện chiều cho thiết bị điện công nghiệp nh đời sống hàng ngày, cung cấp nguồn điện chiều cho nơi cha có nguồn điện lới nh chiếu sáng, tivi, thông tin liên lạc điều khiển đo lờng, cung cấp cho thiết bị giàn khoan biển Chính việc nghiên cứu chế tạo ắc quy nguồn nạp ắc quy cần thiết, ảnh hởng lớn tới dung lợng độ bền ắc quy Dới em xin trình bày toàn nội dung đồ án tốt nghiệp "Thiết kế nguồn nạp ắc quy tự động" thầy giáo Hà Tất Thắng giảng viên trờng Đại học Bách khoa Hà Nội hớng dẫn Đồ án tốt nghiệp Mặc dù thời gian qua em cố gắng tìm hiểu thực tế, nghiên cứu tài liệu để thực đồ án nhng tránh khỏi sai sót, em mong tiếp tục nhận đợc đóng góp bảo thầy Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo Hà Tất Thắng ngời trực tiếp hớng dẫn em toàn thầy môn Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp Khoa Điện trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ dạy dỗ em năm qua Hà nội, ngày 20 tháng năm 2005 Sinh viên: Đồ án tốt nghiệp Chơng I Giới thiệu chung ắc quy ắc quy nguồn cung cấp điện chiều cho thiết bị điện công nghiệp, nh đời sống hàng ngày.Có nhiều loại ắc quy nhng phổ biến thờng gặp thực tế ắc quy chì ắc quy axit I Cấu tạo - Cấu trúc ắc quy đơn gồm: phân khối cực dơng, phân khối cực âm ngăn Phân khối cực cực tên ghép lại với - Cấu tạo cực ắc quy gồm có phần khung xơng chất tác dụng trát lên - Khung xơng cực âm cực dơng có cấu tạo giống nhau,chúng đợc đúc từ chì ăngtimoan (Sb) tạo hình dạng mắt lới.Phụ gia Sb thêm vào chì làm tăng độ dẫn điện cải thiện tính đúc - Trong thành phần chất tác dụng có khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ) để tăng độ xốp ,độ bền lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện đợc độ thấm sâu chất dung dịch điện phân vào lòng cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia vào phản ứng hoá học đợc tăng lên - Phần đầu cực có vấu,các cực dơng ắc qui đơn đợc hàn với tạo thành khối cực dơng, cực âm đợc hàn với tạo thành khối cực âm - Số lợng cực ắc qui đơn thờng từ 5ữ8 tấm,bề dày cực dơng ắc quy thờng từ 1,3 ữ1,5 mm, cực âm thờng mỏng từ 0,2ữ0,3 mm - Tấm ngăn đợc bố trí cực dơng âm có tác dụng ngăn cách tránh va đập cực Tấm ngăn đợc làm từ vật liệu pô ly vinyl dày Đồ án tốt nghiệp 0,8ữ1,2 mm có dạng lợn sóng, bề mặt ngăn có lỗ cho phép dung dịch điện phân qua II Phân loại ắc quy Cho đến có nhiều loại ắc quy khác đợc sản xuất tuỳ thuộc vào điều kiện yêu cầu cụ thể loại máy móc,dụng cụ, điều kiện làm việc.Cũng nh tính kinh tế kỹ thuật ắc quy liệt kê số loại sau: + ắc quy chì (ắc quy axít) + ắc quy kiềm + ắc quy không lamen ắc quy kiềm + ắc quy kẽm-bạc ắc quy cat mi-bạc Tuy nhiên thực tế ắc quy axít ắc quy kiềm đợc sử dụng nhiều Nhng thông dụng từ trớc đến ắc quy axít.Vì so với ắc quy kiềm có vài tính tốt nh :sức điện động cặp cực cao hơn, có điện trở nhỏ đồ án ta chọn loại ắc quy axít để nghiên cứu thiết kế III Yêu cầu cho việc nạp ắc quy nguồn lợng có tính chất thuận nghịch: tích trữ lợng dới dạng hoá giải phóng lợngdới dạng điện Quá trình ắc quy cấp điện cho mạch đợc gọi trình phóng điện, trình ắc quy dự trữ lợng đợc gọi trình nạp điện a, Quá trình biến đổi lợng ắc quy axít Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc quy axít có dung dịch điện phân axít H2SO4 Nồng độ dung dịch d =1,1ữ1,3% cực âm Pb cực dơng PbO2 có dạng: (-) Pb H2SO4 d =1,1-1,3 PbO2 (+) Phơng trình hoá học biểu diễn trình phóng nạp ắc qui axít: Đồ án tốt nghiệp PbO2 +2 H2SO4 + Pb phong nap PbSO4 + H2O Thế điện động e = 2,1 V b, Quá trình biến đổi lợng ắc quy kiềm - Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc quy kiềm có dung dịch điện phân KOH nồng độ d = 20% cực âm Fe cực dơng (Ni OH)3 có dạng: (-) Fe KOH d = 20% Ni(OH)3 (+) - Phơng trình hoá học biểu diễn trình phóng nạp ắc qui kiềm: Fe + Ni(OH)3 phong nap Fe(OH)3 + Ni(OH)2 Thế điện động e = 1,4 V - Nhận xét: Từ điều trình bày ta nhận thấy 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 điện nồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do ta vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện ắc quy Các đặc tính ắc quy - Sức điện động ắc quy chì ắc quy 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 ắc quy (V) : nồng độ dung dịch điện phân 15oC(g/cm3) - Trong trình phóng điện sức điện động ắc quy đợc tính theo công thức: E = U + I.rb Đồ án tốt nghiệp Trong đó: E: sức điện động ắc quy phóng điện (V) I : dòng điện phóng (A) U: điện áp đo cực ắc quy phóng điện (V) rb: điện trở ắc quy phóng điện () - Trong trình nạp sức điện động En ắc quy đợc tính theo công thức: En = Un In.rb Trong đó: En: sức điện động ắc quy nạp điện (V) In: dòng điện nạp (A) Un: điện áp đo cực ắc quy nạp điện (V) rb: điện trở ắc quy nạp điện () - Dung lợng phóng ắc quy đại lợng đánh giá khả cung cấp lợng ắc quy cho phụ tải đợc tính theo công thức sau: C = I t Trong đó: C: dung dịch thu đợc trình phóng (Ah) I : dòng điện phóng ổn định thời gian phóng điện t (A) t : thời gian phóng điện (h) - Dung lợng nạp ắc qui đại lợng đánh giá khả tích trữ lợng ắc qui đợc tính theo công thức : Cn = In tn Trong : Cn : dung dịch thu đợc trình nạp (Ah) In : dòng điện phóng ổn định thời gian nạp điện tn (A) tn : thời gian nạp điện (h) Đồ án tốt nghiệp a, Đặc tính phóng ắc quy - Đặc tính phóng ắc quy đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp ắc quy nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóngkhi dòng điện phóng không thay đổi: - Trong khoảng thời gian phóng từ t = đến t = tgh , sức điện động điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần,tuy nhiên khoảng thời gian độ dốc đồ thị không lớn ta gọi giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tơng ứng với môĩ chế độ phóng điện ắc quy (dòng điện phóng) i e u 2,11 Khoảng nghỉ E 10 Up 1,75 Vùng phóng điện cho phép Cp = Ip.tp tth 10 t đặc tính phóng điện (H2 Đặc tính phóng ăcquy) - Từ thời điểm tgh trở ,độ dốc đồ thị thay đổi đột ngột Nếu ta tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh sức điện động,điện áp ắc qui giảm nhanh.Mặt khác tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành phản ứng có dạng thô,rắn khó hoà tan(biến đổi hoá học) trình nạp điện trở lại cho Đồ án tốt nghiệp ắc qui sau này.Thời điểm tgh gọi giới hạn phóng điện ắc qui ,các giá trị E ,U , tgh đợc gọi giá trị giới hạn phóng điện ắc qui, ắc qui không đợc phóng điện dung dịch khoảng 80% - Sau ngắt mạch phóng khoảng thời gian ,các giá trị sức điện động, điện áp ắc qui , nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi thời gian phục hồi hay khoảng thời gian nghỉ ắc qui Thời gian hồi phục phụ thuộc vào chế độ phóng điện ắc qui (dòng điện phóng thời gian phóng) b, Đặc tính nạp ắc qui - Đặc tính nạp ắc qui đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động , điện áp nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp trị số dòng điện nạp không thay đổi I (A) U, E (V) 2,7 2,4 Vùng nạp no Vùng nạp 10 Cn = In tn t3 10 t Đặc tính nạp ( H2: Đặc tính nạp ắc quy ) - Từ đặc tính nạp ta có nhận xét sau: Đồ án tốt nghiệp + Trong khoảng thời gian từ tn=0 đến tn=tgh sức điện động,điện áp nồng độ dung dịch điện phân tăng dần + Tới thời điểm ts bề mặt cực âm xuất bọt khí (còn gọi tợng sôi) lúc hiệu điện cực ắc qui đơn tăng đến 2,4V Nếu tiếp tục nạp giá trị nhanh chóng tăng tới 2,7V giữ nguyên Thời gian gọi thời gian nạp no, có tác dụng cho phần chất tác dụng sâu lòng cực đợc biến đổi hoàn toàn nhờ làm tăng thêm dung lợng phóng điện ắc qui + Trong sử dụng, thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2-3 giờ, suất thời gian hiệu điện cực ắc qui nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Nh dung lợng thu đợc ắc qui phóng điện nhỏ dung lợng cần thiết để nạp no ắc qui + Sau ngắt mạch nạp, điện áp,sức điện động ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống ổn định Thời gian gọi khoảng nghỉ ắc qui sau nạp + Trị số dòng điện nạp ảnh hởng lớn đến chất lợng tuổi thọ ắc qui Dòng điện nạp định mức ắc qui In = 0,1 C10 - Trong C10 dung lợng ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện định mức C = 180 (Ah) ta nạp ổn dòng với dòng điện 10% dung lợng (tức In = 18 A) sau 10 ắc qui đầy Các phơng pháp nạp ắc qui tự động Có ba phơng pháp nạp ắc qui là: + Phơng pháp dòng điện + Phơng pháp điện áp + Phơng pháp dòng áp a, Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi Đây phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với loại ắc qui, bảo dảm cho ắc qui no Đây phơng pháp sử dụng xởng bảo dỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui nạp sửa chữa cho ắc qui bị Đồ án tốt nghiệp sunphát hoá Với phơng pháp ắc qui đợc mắc nối tiếp phải thoả mãn điều kiện : Un 2,7 Naq : Un : điện áp nạp Naq: số ngăn ắc qui đơn mắc mạch nạp Trong trình nạp, sức điện động ắc qui tăng dần lên, để trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí mạch nạp biến trở R Trị số giới hạn biến trở đợc xác định theo công thức : R= U n 2,0 N aq I n Nhợc điểm phơng pháp nạp với dòng điện không đổi thời gian nạp kéo dài yêu cầu ắc qui đa vào nạp có 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 nạp hai nấc ,dòng điện nạp mức thứ chọn (0,3-,6) C10 tức nạp cỡng kết thúc mức ắc qui bắt đầu sôi Dòng điện nạp nấc thứ hai 0,1 C10 b, Phơng pháp nạp với điện áp không đổi Phơng pháp yêu cầu ắc qui đợc mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện nguồn nạp không đổi đợc tính (2,3-2,5) V cho môĩ 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 ắc qui không đợc nạp no Vì nạp với điện áp không đổi phơng pháp nạp bổ xung cho ắc qui trình sử dụng c, Phơng pháp nạp dòng áp - Đây phơng pháp tổng hợp hai phơng pháp Nó tận dụng đợc u điểm môĩ phơng pháp 10 Đồ án tốt nghiệp Khâu phát xung chùm: a Sơ đồ +12 R14 R15 555 C2 b Nguyên lý làm việc: Vi mạch 555 có chân - (1) nối với cực âm nguồn - (2) kích lật, V2 = 2E V3 = - (3) cổng ra, V3min = 0,1 ; V3max = E-0,5 V; I3max = 0,2 A - (4) chân khoá, V4 = V3 = Nếu không cần khoá nối (4) với (8) - (5) cọc nhiễu, thờng tụ điện 0,01 àF đấu chân (5) chân (1) - (6) ngỡng lật V6 = 2E V3 = - (7) chân phóng điện, thờng đợc đấu với tụ C mạch - (8) nối với cực nuôi nguồn nuôi E= 5ữ8 V, tiêu thụ dòng 0,7 mA/v ( 10mA E = 150 ) Khâu phát xung chùm dùng phần tụ 555 loại mà cho xung không đối xứng: 40 Đồ án tốt nghiệp t1 > t2 tụ C phóng nạp với thời gian khác đờng nạp từ nguồn qua điện trở R13 , R14 , đờng phóng qua R14 xuống đất qua cực timer Có thể cải thiện độ đối xứng cách đấu điốt song song điện trở R14 , song dù không hoàn toàn đảm bảo t1 = t2 c Dạng điện áp T1 Vsat kVsat T2 Uc t -kVsat -Vsat Chu kỳ dao động: T = t1 + t2 = 0,7 (R14 + R15).C2 + 0,7 R15 = 0,7 ( R14 + 2.R15 ) C2 Chọn tụ C2 = 0,1 àF mà T = t1 + t2 = 0,56 + 9,44 = 10 (ms) t Trong t1 t2 thời gian phóng nạp tụ Vậy : 0,7.(R14 + R15 ) 0,1 10-6 = 10.10-3 10.10 = 143 K R14 + 2.R15 = 0,07.10 Chọn R14 = 47 K Chọn R15 = 50 K 41 Đồ án tốt nghiệp Khâu trộn xung: ta dùng phần tử lô gíc AND 4081 a Sơ đồ: U1 R9 AND D3 R11 Ura R10 U2 Khi có tín hiệu vào hai cửa, đầu Khi có tín hiệu vào hai cửa, đầu b Bảng thật phần tử lô gíc AND U1 0 1 Bảng thật U2 Urc 0 0 1 42 Đồ án tốt nghiệp c Dạng điện áp UD t UXC t URa t Chọn D3 loại I010 có U = 220V; I = (A) Chọn R9 = R10 = 10 (K) Chọn R11 =3(K) * Sơ đồ chân phần tử NOT 4049 Khâu khuếch đại xung biến áp xung: a Sơ đồ: +24V R13 D6 D5 Ue R11 D7 T4 R12 T5 43 Đồ án tốt nghiệp b Nguyên lý làm việc: Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển đa đến, để điều chỉnh van bán dẫn công suất, đảm bảo tham số nh biên độ, độ rộng công suất Một nhiệm vụ bảncủa khuếch đại xung cách ly hệ thống điều khiển mạch động lực Tín hiệu vào Ue , nguồn tín hiệu lô gíc U2 = tranzitor T4 mở bão hoà T5 bị khoá lại Khi Ue = T4 bị khoá lại đồng thời T5 bị khoá lại R12 hạn chế dòng colector D5 hạn chế điện áp cực colector emitor T4 t5 D6 ngăn chặn xung âm lấy xung dơng để điều khiển thyristor D7 bảo vệ điện áp cao c Tính biến áp xung : Biến áp xung (BAX) thực nhiệm vụ: + Cách lyn mạch lực điều khiển + Phối hợp trở kháng tàng KĐX cực điều khiển van lực + Nhân thành nhiều xung (BAX nhiều cuộn thứ cấp ) cho van cần mở đồng thời nh trờng hợp phải mắc nối tiếp song song nhiều van BAX phải làm việc với tần số cao nên lõi thép biến áp cho tần số lới điện 50 Hz không đáp ứng đợc Lõi dẫn từ trờng cho biến áp xung thờng dùng lõi ferit dạng xuyến, hình trụ có tiết diện kiểu chữ E Ta chọn UG = 7v (là điện áp điều khiển tranzitor) IG = 350 mA (là dòng điện điều khiển tranzitor) Chọn biếnmáp có tỷ số cuộn dây 1/2vậy ta có đợc tham số điện áp dòng điện cuộn sơ cấp là: ISC = I G 350 = = 0,3 (A) 1,2 1,2 USC = UG x 1,2 = 1,2 = 8,4 (V) + Thể tích lõi sắt từ đợc tính theo công thức: V= K ba U G I t x U x H B 44 Đồ án tốt nghiệp Trong đó: B độ biến thiên cờng độ từ trờng chọn 0,7T H độ rộng biến thiên mật độ từ cảm chọn 50A/m tx độ rộng xung có tx = tn = 0,56 ms I2 =ISC = 0,3 A Ux độ sụt áp cho phép thờng lấy 0,1ữ 0,2 1,2.7.0,3.0,56.10 3.0,1 V= = 4.10-6 m3 0,7.50 Vậy: V= cm3 Biến áp xung ta dùng vật liệu ferit có tiết diện S = 1,5 cm3 + Tính số vòng dây cuộn sơ cấp: U SC tx 8,4.0,56.10 = W1 = = 45 vòng DB.S ba 0,7.1,5.10 + Tính số vòng dây cuộn thứ cấp: W1 45 = = 38 vòng Ka 1,2 W2 = d Tính khuếch đại xung: Ta biết: UG = v IG = 350 mA Đây điện áp UTC biến áp xung Chọn bảng T5 loại H1061 có: UEC = 35 V; IEC= 2A; =100 Ta có : IECT5 = ISCBAX = 0,3 (A) Vậy: IBT5= I ECT 0,3 = = 0,03 (A) T 10 Chọn T5 = 10, có IECT4= TBT5=30 (mA) Ta chọn: T4 loại C828 có: UEC = 35 V; IEC=350 mA; =100 IBT4= I ECT 30 = =3 (mA) T 10 45 Đồ án tốt nghiệp Chọn T4 = 10 + Tính R13: R13 = E U SCBHY 24 8,4 = = 52 () I SCBAX 0,3 Tính R12: Điện áp cực bazơ bóng Tranzitor thông thờng 0,6V Vậy: R12 = U R12 0,6 = 200 () I ECT 3.10 + Chọn R11 = () + Chọn điôt: D5 ; D6 ; D7 loại I010 có: U = 220v I = 1A Tính toán khối nguồn 7812 D1 D2 D3 D4 + 12V C1 C2 C5 C3 C4 C6 7912 - 12V Khối nguồn: Sử dụng chỉnh lu cầu ốt, tụ điện, IC ổn áp Chỉnh lu cầu không điều khiển gồm ốt D1, D2, D3, D4 Loại D - 1061 có ITB = 0,5A; U = 200V Chọn IC ổn áp loại: àA 7812 tạo nguồn +12V àA 7912 tạo nguồn -12V Chọn tụ lọc phẳng: C1 = C2 = 1000àF - 50V C3 = C4 = 500àF - 50V 46 Đồ án tốt nghiệp Tụ lọc nhiễu: C5 = C6 = 0,1àF Tính toán thông số MBA cho mạch điều khiển 2BAX có P = 2U1I1 = 10,5 0,3 = 6,3 W TranSiToor P = 4,32 0,3 = 2,59W Nguồn đồng pha: U2-1 = (-12+ 12); I2-1 = 300MA 10IC àA 741 có P = 100mw IC Time 555 có U = 16 v ; I = 0,3A Do PN = 6,3 + 2,59 + 10.100 + 16 0,3 = 13,79 (W) Thiết kế MBA đồng Ta thiết kế MBA dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi cho mạch điều khiển Chọn kiểu máy biến áp pha với trụ trụ máy biến áp có cuộn dây, cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Điện áp lấy cuộn thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha làm nguồn nuôi U2 = U2đph = UN = 12 (v) Dòng điện thứ cấp MBA đồng pha ILdp = 0,3 A Công suất nguồn nuôi cấp cho MBA đồng pha Pđph = U2đph I2đph = 3,6 W Nếu xét tổn hao MBA 5% lấy công suất tổng MBA là: S = 1,05 (Pđph + PN) = 1,05 (13,79 + 3,6) = 18,26 W Dòng điện sơ cấp MBA là: S 18,26 I1 = U = 220 = 0,08 A Tiết diện trụ QFe lõi thép biến áp đợc tính từ công suất: QFe = KQ SBA mf S: Công suất BA tính (W) KQ: hệ số phụ thuộc vào phơng thức làm mát, chọn KQ = biến áp khô m: số trụ MBA, m = f: tần số nguồn điện xoay chiều, f = 50Hz 47 Đồ án tốt nghiệp QFe = 18,26 = 3,65 cm2 50 Số vòng dây cuộn sơ cấp MBA là: 4.10 W1 = 4,44.f Q Fe B Chọn B = 1,1T; f = 50Hz 220.10 W1 = 2421 vòng 4,44.50.3,65.1,1 Số vòng dây cuộn thứ cấp MBA W2 = U2 15 W1 = 2421 = 165 vòng U1 220 Tiết diện dây dẫn cuộn sơ cấp: Chọn mật độ dòng điện J = (A/mm) SCU1 = I 0,08 = = 0,27 (mm2) J Tiết diện dây quấn thứ cấp: SCU2 = I 0,3 = = 0,1 (mm2) J Đờng kính dây quấn thứ cấp: d2 = 4S1 4.0,1 = = 0,12 (cm2) 3,14 Đờng kính dây quấn sơ cấp: d1 = 4S2 4.0,03 = = 0,1 (cm2) 3,14 48 Đồ án tốt nghiệp Khâu tạo điện áp điều khiển, phản hồi chuyển mạch a Sơ đồ R17 R20 OA2 R18 VR2 R19 Ura R16 Rf R22 R21 OA3 VR3 CM1 -E R23 R27 NOT R25 R28 Rs R29 R26 OA5 R24 OA4 R31 CM2 VR4 -E R30 Trong sơ đồ khâu phản hồi dòng điện có nhiệm vụ ổn định dòng điện nạp chế độ dòng + Khâu phản hồi dòng điện gồm có: - RS điện trở lấy tín hiệu phản hồi dòng - R28, R29, R26, R30 điện trở hạn chế dòng vào khuếch đại phối hợp trở kháng - R31, VR4 đặt nghiêng so sánh với dòng phản hồi đợc khuếch đa vào khóa CM2 - R25, R27 hai điện trở khuếch đại công suất - R24 điện trở hạn chế dòng vào khóa CM2 49 Đồ án tốt nghiệp Trong mạch sử dụng hai khuếch đại thuật toán OA4 OA5 * Khâu phản hồi điện áp có nhiệm vụ ổn định điện áp nạp với chế độ + Khâu phản hồ điện áp gồm có: - Rf điện trở phụ lấy tín hiệu phản hồi điện áp - R16, R17, R23 điện trở hạn chế dòng vào khuếch đại - R22, VR3 phân áp đặt giá trị ngỡng để so sánh với điện áp phản hồi - R20, R21 điện trở hạn chế dòng điện vào khóa CM1 - R19 điện trở khuếch đại công suất - R18, VR2, phân áp đặt giá trị ngỡng để so sánh với điện áp phản hồi - OA2 OA3 hai khuếch đại thuật toán + Khâu chuyển mạch gồm: - Khuếch đại thuật toán OA2 - Các điện trở R17, R18, R20, VR18 - Phần tử NOT khoá chuyển mạch CM1, CM2 Khi điện áp nạp nhỏ 90% điện áp ắc quy đầu OA (-) CM1 khoá, qua phần tử NOT đầu OA đổi dấu thành (+), khoá CM mở chế độ dòng đợc làm việc Khi điện áp nạp lớn 90% điện áp ắc quy, đầu OA (+) CM1 mở, qua phần tử NOT đầu OA2 đổi dấu thành (-), CM2 khoá lại lúc chế độ áp đợc làm việc b Nguyên lý Để nạp điện cho ắc quy ta đặt điện áp ngỡng (giả sử đặt VR4 5V) Khi điện áp đặt đợc đa vào cửa (-) OA4 qua OA4 tín hiệu tín hiệu điều khiển đợc đa tới CM2 dùng phần tử 4066B Đồng thời tín hiệu phản hồ lấy Rf nhỏ điện áp đặt, đợc đa vào cửa (+) OA2 qua OA2 tín hiệu (-) làm cho CM1 đóng Lúc ắc quy đợc nạp theo chế độ dòng điện Lúc tín hiệu phản hồi lấy RS đợc đa qua khâu khuếch đại OA5 đa vào cửa (-) OA4 tín hiệu tín hiệu điều khiển ắc quy tiếp tục đợc nạp theo chế độ dòng điện Khi điện áp ắc quy đặt 80 ữ 90% điện áp định mức tín hiệu phản hồi lấy Rf lớn điện áp đặt đợc đa tới (+) OA2 qua OA2 tín hiệu điều khiển, đợc đa tới CM1 dùng phần tử 4066B qua phần tử NOT (4049) tín hiệu điều khiển đổi dấu từ (+) sang (-) làm cho CM2 đóng loại Nh chế độ nạp áp đợc làm việc 50 Đồ án tốt nghiệp Giả sử nạp dòng điện đột ngột tăng lên lớn giá trị đặt ban đầu Mà Uđk = Uđ Uph Uđặt không đổi Vậy Uphồi tăng lên, góc điều khiển tăng làm cho Uđk giảm xuống, dẫn đến Ura tải lại với giá trị đặt ban đầu Khi dòng điện giảm xuống nhỏ với giá trị đặt, lúc U đk = Uđ + Uphồi mà Uđặt không đổi, Uphồi giảm xuống, góc điều khiển giảm làm cho Uđk tăng lên, dẫn đến Ura tải với trị số đặt ban đầu 51 Đồ án tốt nghiệp Nhiệm vụ: Thiết kế nạp ắc quy tự động - Yêu cầu: Có khả nạp cho số lợng ắc quy từ ữ 100 loại 40A/h Chơng I: Giới thiệu ắc quy - Cấu tạo - Phân loại - Yêu cầu cho việc nạp Chơng II: Lựa chọn biến đổi - Phân tích sơ đồ chỉnh lu - Lựa chọn - Tính toán Chơng III: Tính toán mạch động lực - Thiết kế mạch lực - Tính chọn van điôt - Thiết kế máy biến áp - Thiết bị bảo vệ Chơng IV: Xây dựng mạch điều khiển - Yêu cầu nguyên tắc điều khiển - Xây dựng mạch điều khiển - Tính toán khâu mạch điều khiển 52 Đồ án tốt nghiệp Mục lục Trang Lời nói đầu Chơng I .3 Giới thiệu chung ắc quy I Cấu tạo II Phân loại ắc quy .4 III Yêu cầu cho việc nạp ắc quy nguồn lợng có tính chất thuận nghịch: tích trữ lợng dới dạng hoá giải phóng lợngdới dạng điện Quá trình ắc quy cấp điện cho mạch đợc gọi trình phóng điện, trình ắc quy dự trữ lợng đợc gọi trình nạp điện Các phơng pháp nạp ắc qui tự động Kết luận: 11 Chơng II 13 Lựa chọn biến đổi .13 I Vấn đề chung .13 Sơ đồ mạch lực .14 Hoạt động sơ đồ .14 Chỉnh lu điều khiển cầu pha đối xứng .17 Thiết bị bảo vệ .26 a Bảo vệ ngắn mạch tải dây chảy 27 b Bảo vệ điện áp 27 Chơng IV 29 Xây dựng mạch điều khiển .29 I.1.Mục đích yêu cầu 29 I.3 Nguyên tắc điều khiển 31 II Xây dựng mạch điều khiển 33 Khâu so sánh 39 Tính toán khối nguồn 46 Khâu tạo điện áp điều khiển, phản hồi chuyển mạch .49 Nhiệm vụ: 52 53 Đồ án tốt nghiệp Khâu phát xung chùm.44 Khâu trộn xung 46 Khâu khuyếch đại xung biến áp xung 46 Tính toán khối nguồn 50 Khâu tạo điện áp điều khiển, phản hồi chuyển mạch 53 54 [...]... độ nạp cho ắc qui 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 điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp - Tuỳ theo loại ắc quy mà ta nạp với dòng điện nạp khác nhau 11 Đồ án tốt nghiệp + ắc quy axit: dòng nạp In = 0,1 C10 Nạp cỡng bức với dòng điện nạp In = 0,2 C10 + ắc quy kiềm dòng nạp. .. tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In =0,2 C10 hoặc nạp cỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5 C10 - 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 Kết luận: - Vì ắc quy là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho... các thông số đã cho: + 54 bình ắc quy mắc nối tiếp, mỗi bình 2 vôn + Điện áp nguồn 3 ì 380V, F = 50Hz + ắc quy có dung lợng: 150 A.h Điện áp danh định của mỗi ắc quy là 2V Nhng khi nạp ắc quy, để nạp no thì điện áp danh định của mỗi ắc quy đơn lên tới 2,7V Vậy Ud= 2,7 ì 54 = 146 (V) Thông thờng khi nạp ắc quy ta nạp dòng điện bằng 10% dung lợng định mức ở đây ta chế tạo bộ nguồn có dung lợng bằng 20%... theo sức phản điện động cho nên khi ắc quy đói mà ta nạp theo phơng pháp điện áp thì dòng điện trong ắc quy sẽ tự động dâng lên không kiểm soát đợc sẽ làm sôi ắc quy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp trong ắc quy - 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... Đối với yêu cầu của đề tài 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 pháp nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp - Đối với ắc qui axit: Để đảm bảo cho thời gian nạp cũng nh hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian t n =8 giờ tơng ứng với 75- 80% dung lợng ắc qui ta nạp với dòng điện không đổi là... 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 giờ ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp Khi thời gian nạp đợc 10 giờ thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2-3 giờ - Đối với ắc qui kiềm: Trình tự nạp cũng giống nh ắc qui axit nhng... phản hồi áp phục vụcho hai chế độ nạp dòng và nạp áp Ta biết Uđk = Uđặt + Uph Lúc bắt đầu nạp, dùng chế độ nạp dòng Điện áp của ắc quy lớn dần lên, khi đạt tới (80 ữ 90 )% dung lợng định mức ắc quy sẽ chuyển sang chế độ nạp áp nhờ các khoá chuyển mạch 4066B và phần tử đảo NOT 4049 cho đến khi điện áp trên ắc quy đúng bằng dung lợng định mức thì khi đó ắc quy đã đợc nạp no 2 Dạng điện áp đo tại các điểm... C10 + ắc quy kiềm dòng nạp In = 0,2 C10 Nạp cỡng bức In = 0,5 C10 - Từ các phân tích ở trên ta rút ra các số liệu với ắc quy axit nh sau: + Điện áp nạp cho ắc quy Un = 141.2,7 = 165(V) 2,3 + Dòng nạp lớn nhất : In max= Id max= 40 (A) 12 Đồ án tốt nghiệp Chơng II Lựa chọn bộ biến đổi I Vấn đề chung Chỉnh lu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều,cung cấp cho phụ... cần thiết kế Bộ nguồn một chiều có khả năng nạp cho số lợng ắc qui từ 1- 100 bình loại 40 A/giờ Ta xét 2 phơng án : chọn bình loại 12 V, với 6 ngăn điện áp mỗi ngăn vào khoảng 2-2,4 V - Phơng án 1: Mắc liền 100 bình ắc qui nối tiếp nhau thì có Ud = 12 100 = 1200 V ( điện áp quá lớn ) Id = 4 A ( dòng quá nhỏ ) Phơng án này không khả thi do dòng nạp quá thấp mà điện áp quá cao - Phơng án 2: ta mắc hỗn... chiều có thể là các động cơ điện,mạch kích từ của máy điện,một cuộn dây của nam châm điện,và một số thiết bị sử dụng điện Có nhiều dạng phơng án chỉnh lu: chỉnh lu không điều khiển,chỉnh lu có điều khiển,chỉnh lu một pha Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể của đồ án mà lựa chọn phơng án thích hợp nhất ,nhằm đáp ứng đợc các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật và kinh kế Trong đồ án của em thiết kế cần khối nguồn chỉnh lu