Thiết kế bộ nạp ác qui tự động ổn dòng và ổn áp cho ắc quy có Udm=12V, dung lượng 50Ah

Header Page of 126 B GIO DC V O TO TRNG Lun Thit k b np ỏc qui t ng n dũng v n ỏp cho c quy cú Udm=12V, dung lng 50Ah Footer Page of 126 Header Page of 126 LI NểI U T ng húa ó phỏt trin v mang li nhng ng dng vụ cựng to ln cho s phỏt trin tt c cỏc ngnh k thut ca th gii Tuy nhiờn, nc ta nú mi c ng dng v phỏt trin mnh m nhng nm gn õy Nú giỳp nc ta phỏt trin tin ti tr thnh mt nc Cụng nghip húa - Hin i húa Bi vy t ng húa c nghiờn cu tt c cỏc ngnh k thut trng núi chung v ngnh t ng húa núi riờng Ngy hu nh tt c cỏc mỏy múc thit b cụng nghip cng nh i sng hng u phi s dng in nng, phn ln cỏc thit b u s dng iờn li Tuy nhiờn thc t cú nhng lỳc rt cn nng lng in m ta khụng th ly nng lng in t li in c Do ú ta phi ly cỏc ngun in d tr nh ỏc quy, hn na ỏc qui c s dng nhiu cụng ngh ụ tụ, xe mỏy Do vy m vic cú mt cụng ngh np ỏc qui ti u l rt cn thit v quan trng Trong ỏn ny, em c giao ti Thit k b np ỏc qui t ng n dũng v n ỏp cho c quy cú Udm=12V, dung lng 50Ah Trong quỏ trỡnh lm chỳng em luụn c s giỳp , ch bo ht sc tn tỡnh ca thy Nguyn ng Khang, nh cú thy ch dn m em hon thnh ỏn mt cỏch tt nht Tuy nhiờn cú hn ch v mt kin thc nờn em khụng th trỏnh nhng thiu sút Em xin cỏm n tt c cỏc thy cụ ngnh in cụng nghip ó cho em c lm ỏn y b ớch ny, c bit em xin chõn thnh cm n thy Nguyn ng Khang, ngi luụn tn tỡnh giỳp v hng dn chỳng em Em xin chõn thnh cm n ỏn c trỡnh by cú cỏc ni dung chớnh sau: Chng 1: Gii thiu chung v c qui Chng 2: Cỏc b chnh lu Chng 3: Tớnh toỏn thit k b np c qui Chng 4: Xõy dng b np c qui Hi Phũng, ngy 10 thỏng 07 nm 2010 Sinh viờn Quang Thnh Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG GIớI THIệU CHUNG Về ắC QUI 1.1 CấU TạO CHUNG Và NGUYÊN Lý LàM VIệC CủA áC QUY c quy l ngun in húa hot ng trờn c s hai in cc cú in th khỏc dựng tớch tr in nng, cung cp dũng mt chiu cho cỏc thit b in cụng nghip cng nh dõn dng Cú nhiu loi c quy nhng ph bin l hai loi: c quy axit ( c quy chỡ) v c chi kim Tuy nhiờn c quy axit c s dng rng rói v ph bin hn vỡ so vi c quy kim thỡ c quy axit cú: + Sc in ng cao ( 2V ) , st ỏp quỏ trỡnh phúng nh + in tr nh + Giỏ thnh ca c quy axit r hn so vi c quy kim Trong ỏn ny em dựng c quy axit nghiờn cu cụng ngh v thit k ngun np c quy t ng 1.1.1.V bỡnh V bỡnh c quy axit c ch to bng nha ờbụnit hoc anphantbộc hay cao su nha cng Bờn bỡnh lút mt lp nha cu axit l polyclovinyl tng tui th bỡnh Phớa v bỡnh chia thnh cỏc ngn riờng bit Mi ngn c gi l mt ngn c quy n, ỏn ny nghiờn cu n quy chỡ vi in ỏp nh mc l 12V, cú ngn c quy n 1.1.2.Bn cc Bn cc gm ct hỡnh li c ỳc bng hp kim Pb- Antimon vi t l ~90%-17% v cht ph gia Ph gia thờm vo cú tỏc dng tng cng, gim han r v ci thin tớnh ỳc cho ct Footer Page of 126 Header Page of 126 Ct gia cht tỏc dng phõn dũng in khp b mt bn cc, cú vu hn ni cỏc bn cc thnh phn thnh bn cc Bn cc õm cht tỏc dng c ch to t bt chỡ, axit H2So4 c v 3% mui axit hu c Bn cc dng cht tỏc dng c ch to t cỏc Oxit chỡ Pb3o4, Pbo v dung dch in phõn, gia tng phn ng húa hc bn cc Nhng bn cc cựng tờn c hn vi to thnh cỏc bn cc v c hn ni ti tiờu th Nu mun tng dung lng ca ỏc qui thỡ phi tng s tm bn cc mc song song, mun tng in ỏp danh nh ca ỏc qui thỡ tng s tm bn cc mc ni tip 1.1.3 Tm ngn Cỏc bn cc õm v dng c lp xen k v cỏch in vi bi cỏc tm ngn Cỏc tm ngn phi l cht cỏch in tt, bn do, xp , chu axớt chng chp mch gia cỏc bn cc õm v dng, ng thi cỏc tm bn cc b bong ri s dng acqui 1.1.4 Dung dch in phõn - Dung dch in phõn l dung dch axit sunfuric (H2SO4) c pha ch t axit nguyờn cht vi nc ct tu thuc vo iu kin khớ hu v vt liu lm tm ngn Nng dung dch axit sunfuric = (1,1- 1,3) g/cm3 v cú nh hng ln n sc in ng ca ỏc qui - Nhit mụi trng cú nh hng ln n nng dung dch in phõn Trong iu kin khớ hu n c ta thỡ hố chn nng dung dch t (2,52,6) g/cm3, ụng chn nng khong 1,27 g/cm3 Vỡ nng quỏ cao s lm chúng hng tm ngn, bn cc d b sunfat hoỏ Nng quỏ thp lm in dung v in ỏp nh mc ca acqui gim 1.1.5 Np v cu ni Footer Page of 126 Header Page of 126 - Np lm bng nha ờbụnit hoc bng bakờlit, trờn np cú l v kim tra dung dch in phõn - Cu ni thng lm bng chỡ, dựng ni cỏc ngn ỏc quy n vi 1.1.6 Quỏ trỡnh bin i hoỏ hc ỏc qui - Trong ỏc qui thng xy hai quỏ trỡnh hoỏ hc thun nghch c tr ng cho quỏ trỡnh np v phúng in.Khi ỏc qui ó np no, cht tỏc dng cỏc bn cc dng l PbO2 cũn bn cc õm l chỡ xp Pb Khi phúng in, cỏc cht tỏc dng hai bn cc u tr thnh sunfat chỡ PbSO4 cú dng tinh th nh Khi np in xy phn ng: - cc dng: PbSO4 2e + 2H2O = PbO2 + H2SO4 + 2H+ ( 2.1) - cc õm: PbSO4 + 2e + 2H+ = Pb + H2SO4 (2.2) - Ton b quỏ trỡnh xy acqui np in l: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + H2 SO4 (2.3) Kt qu l to thnh mt in cc Pb v mt in cc PbO2 Khi ni hai in cc Pb v PbO2 vi ti, lỳc ny hoỏ nng c d tr acqui s chuyn thnh in nng cỏc in cc s xy cỏc phn ng ngc ca (2.1) v (2.2), ngha l ỏc qui s xy phn ng ngc ca (2.3) Acqui s cung cp dũng in cho n c hai in cc li tr thnh PbSO4 nh ban u 1.2 Cỏc thụng s v c tớnh ca ỏc qui 1.2.1 Sc in ng ca ỏc qui - Sc in ng ca ỏc qui axit ph thuc vo c tớnh lý hoỏ ca vt liu lm cỏc bn cc, dung dch in phõn v c xỏc nh bng cụng thc thc nghim E0 = 0,85 + Footer Page of 126 (V) Header Page of 126 Trong ú: E0: Sc in ng tnh ca acqui n, tớnh bng vol : nng dung dch in phõn tớnh bng vol quy v +15 0C Sc in ng ca ỏc qui phúng in Ep= Up + Ip raq Trong ú: Ip: Dũng in phúng (A) Up: in ỏp o trờn cỏc cc ca ỏc qui phúng in (A) raq: in tr ca ỏc qui, phúng in hon ton thỡ raq= 0,02 Sc in ng np En ca ỏc qui En = Un In.raq (V) Trong ú: In : dũng in np (A) Un: in ỏp o trờn cỏc cc ca ỏc qui np in (V) raq: in tr ca ỏc qui np in Khi np no thỡ raq= (0,0015 0,001) 1.2.2 Dung lng ca ỏc qui Dung lng ca ỏc qui l i lng ỏnh giỏ kh nng cung cp hoc tớch tr nng lng ca ỏc qui v c tớnh theo cụng thc: Ci = Ii.ti (Ah) Trong ú: Ci dung lng thu c quỏ trỡnh phúng np (Ah) Ii Dũng dờn phúng np n nh (A) tp(h) 1.2.3 c tớnh phúng in ca ỏc qui - th biu din mi quan h ph thuc ca sc in ng, in ỏp acqui v nng dung dch in phõn theo thi gian phúng dũng in phúng khụng thay i Footer Page of 126 Header Page of 126 Hỡnh 1.1: c tớnh phúng in ca T th ta cú cỏc nhn xột sau: - Trong khong thi gian phúng t =0 ti t p = tgh, sc in ng, in ỏp v nng dung dch in phõn gim dn, nhiờn dc ca cỏc th l khụng ln, õy l giai on phúng n nh hay thi gian phúng in cho phộp ca ỏc qui - T thi im tgh tr i, nu tip tc phúng in thỡ dc sc in ng, in ỏp ca acqui gim rt nhanh, mt khỏc cỏc tinh th sunfat chỡ ( PbSO4) to thnh phn ng s cú dng thụ, rn, khú ho tan (bin i hoỏ hc) - Sau ngt mch phúng mt khong thi gian, cỏc giỏ tr sc in ng, in ỏp v nng dung dch in phõn ca ỏc qui li tng lờn, õy l thi gian hi phc hay khong ngh ca ỏc qui thi gian phc hi ny ph thuc vo ch phúng in ca ỏc qui 1.2.4 c tớnh np ca ỏc qui - Biu din quan h ph thuc ca sc in ng, in ỏp cqui v nng dung dch in phõn theo thi gian np tr s dũng in np khụng thay i Footer Page of 126 Header Page of 126 Hỡnh 1.2: c tớnh np ca c qui T th c tớnh np ta cú nhn xột sau: - Trong khong thi gian np t tn = n tn = ts, sc in ng, in ỏp, nng dung dch in phõn tng dn lờn - Ti thi im tn = ts trờn b mt cỏc bn cc xut hin cỏc bt khớ dũng in in phõn nc thnh ụxy v hyrụ (cũn gi l hin tng sụi), lỳc ny in th gia cỏc cc ca acqui n tng ti giỏ tr 2,4 V, tip tc np giỏ tr ny nhanh chúng tng ti 2,7 V v gi nguyờn, thi gian np ny gi l thi gian np no v thng kộo di t 2-3h, lm tng thờm dung lng phúng in ca acqui Trong quỏ trỡnh ú sc in ng v nng dung dch in phõn l khụng thay i - Sau ngt mch np, in ỏp, sc in ng v nng dung dch in phõn gim xung v n nh õy l khong ngh ca ỏc qui sau np - Dũng in np nh mc i vi ỏc qui qui nh bng 0,5.C20 (0,1.C10) Footer Page of 126 Header Page of 126 1.3 Cỏc phng phỏp np c qui 1.3.1 Phng phỏp np n ỏp U=const - Phng phỏp np ỏp, ỏc qui c mc song song vi ngun np Hiu in th cho mi ngn n c gi n nh v cú giỏ tr t 2,3 - 2, V vi chớnh xỏc n 3% - Dũng np : I n Un E aq Raq lỳc u s rt ln sau ú Eaq tng dn lờn thỡ In gim i khỏ nhanh - u im: thi gian np ngn, dũng in np t ng gim dn theo thi gian - Nhc: ỏc qui khụng c np no, vỡ vy phng phỏp np ny ch dựng np b xung cho acqui quỏ trỡnh s dng 1.3.2 Phng phỏp np n dũng I= const - Phng phỏp np in vi dũng np khụng i cho phộp chn dũng in np thớch hp, m bo cho c qui c np no Cỏc ỏc qui c mc ni tip vi v phi tho Un 2,7 Naq Trong ú: Un: in ỏp np (V) Naq: S ngn ỏc qui n mc mch np - Khi np sc in ng ca c qui tng dn, trỡ dũng in np khụng i ta phi b trớ mch np bin tr R vi tr s: R Un N aq In - Nhc im: thi gian np kộo di - khc phc: s dng phng phỏp np cng bc theo nc Dũng ờn np nc th nht chn bng (0,3 - 0,5).C10, v ỏc qui bt u sụi thỡ np nc th hai bng 0,1.C10 Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 khc phc nhng nhc im v tn dng c ht nhng u in ca cỏc phng phỏp np trờn, ta kt hp hai phng phỏp np li thnh phng phỏp dũng - ỏp 1.3.3 Phng phỏp np dũng - ỏp - Ban u ta np vi dũng np khụng i In = 0,5.C10 Khi thy ỏc qui "sụi" thỡ hiu in th gia cỏc cc ca ca cqui n 2,4V, tip tc np thỡ giỏ tr ny nhanh chúng tng ti giỏ tr l 2,7 V Sau ú chuyn sang ch np n ỏp vi giỏ tr in ỏp np khụng i cho ngn n l Un = 2, 7Vv thng kộo di t n gi hoc dũng np tin ti khụng (In = 0) thỡ kt thỳc quỏ trỡnh np Kt lun: Qua phõn tớch ta chn phng phỏp np dũng -ỏp np cho ỏc qui v b ngun np ỏc qui t ng phi ỏp ng nhng yờu cu sau: - Ban u t ng np n dũng vi dũng np t trc In= 0,5 C10/1 ngn ỏc qui n - Khi phỏt hin thy hiu in th trờn cỏc cc ca ỏc qui n tng ti 2,7 V thỡ t ng chuyn t np n dũng sang ch np n ỏp vi in ỏp np t trc Un = 2,7V/ ngn ỏc qui n - Np n ỏp cho ti dũng in np tin v Footer Page 10 of 126 Header Page 44 of 126 E VR VR R27 6,54V VR 12R27 Chn R27=1 k , VR6=12 k c, Khõu chuyn mch - Ban u ỏc qui c mc vo mch np thỡ dũng np tng v in ỏp ỏc qui tng dn lờn, tc l dũng phn hi v ỏp phn hi tng dn lờn Lỳc ny ỏp phn hi nh hn UVR5(ỏp t VR5) nờn ỏp u OA8 UraOA8 = -E ( mc thp), ú chuyn mch CM2 ngt cỏc ng phn hi ỏp mch ng thi cú cng NO nờn chuyn mch CM1 úng ng phn hi dũng vi mch thc hin quỏ trỡnh n nh dũng - Khi ỏp phn hi UphU bng UVR5 thỡ UraOA8 =E ú CM2 úng cũn CM1 ngt nờn mch thc hin quỏ trỡnh n ỏp t UdatOA5= 6V E VR5 VR5 R28 6V VR5 R28 Chn VR5=R28= k, in ỏp t VR5 = 6V 3.3.4.8 Khõu bo v quỏ in ỏp Hỡnh 3.14: S khõu bo v quỏ in ỏp Nguyờn lý lm vic ca mch Footer Page 44 of 126 43 Header Page 45 of 126 - Khõu bo v quỏ ỏp s ngng quỏ trỡnh np cho ỏc qui in ỏp np cho ỏc qui ln hn in ỏp np nh mỳc 10% - in ỏp phn hi Uphu ly t in tr R23, c so sỏnh viin ỏp U tVR7 t VR7 - Khi in ỏp np tng quỏ giỏ tr nh mc 10% thỡ in ỏp U phu cng tng tng ng 10% Nờn ta t UtVR7 =1,1.6= 6,6 V - Khi Uphu= UtVR7 (tc l Un= 110%Unm ) u ca OA9 l dng (+)t lờn bazo ca T3 , lm T3 thụng Dũng in t ngun E qua rle RH qua T3 v t, lm rle tỏc ng, tip im thng úng c m lm cho mch iu khin tỏc ng, lm ỏc qui c ct mch lc - Khi Uphu