ĐỒ ÁN_NẠP ẮCQUY.doc

ĐỒ ÁN_NẠP ẮCQUY

Lời nói đầu

Mục lục

Chương I: Giới thiệu khái quát về Ăc quy

I Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ăc quy……… ……4

1 Cấu tạo……….… 4

2 Nguyên lý làm việc………5

II, Ắcquy kiềm 6

1, Nguyên lý làm việc 6

2, Quá trình hóa học trong ăc quy kiềm 7

III, Các thông số cơ bản của ăc quy 8

1 Phương pháp nạp ăcquy với dòng điện không đổi 10

2 Phương pháp nạp với điện áp không đổi 11

3 Phương pháp nạp dòng áp 11

Chương II: Phân tích, tính toán và lựa chọn sơ đồ 13

I, Chọn sơ đồ thiết kế………13

1, Chỉnh lưu một nửa chu kỳ………13

2 Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính……….13

3, Chỉnh lưu cầu một pha……….15

4, Chọn sơ đồ chỉnh lưu……… 16

II, Thuyết minh hoạt động của sơ đồ động lực……….………….17

III, Tính toán biến áp và thông số các thiết bị mạch động lực……… 18

IV, Tính toán các cuộn kháng lọc – CKL dòng điện đập mạch………… 26

V, Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực……… 31

1 Tính toán cánh tản nhiệt cho van……… 33

2 Bảo vệ quá dòng cho van bán dẫn……….33

VI, Tính toán các thông số của mạch điều khiển……… 34

1, Nguyên lý điều khiển……… 34

2, Sơ đồ khối mạch điều khiển……….35

3 Tính toán thông số mạch điều khiển………39

f Tạo nguồn nuôi………43

4 Tính toán điện trở Sun hồi tiếp dòng điện………46

TÓM TẮT THÔNG SỐ 47

Chương I: Giới thiệu khái quát về Ắcquy

Hiện nay chúng ta có nhiều loại ắc quy, trong đó hai loại cơ bản là ắc quy axit và ắc quy kiềm Chúng ta xét từng loại sau:

I, Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Ăc quy axit:

1 Cấu tạo:

- Bình ăc quy được chia thành nhiều ngăn, thong thường là 6 ngăn Mỗi ngăn ăc quy đơn cho điện áp đầu ra là 2V Như vậy, nếu đem đấu nối tiếp cả 6 ngăn với nhau ta sẽ có bộ nguồn ăc quy là 12V.

- Vỏ bình ăc quy được chế tạo bằng vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt, do đó mà người ta đúc bằng nhựa cứng hoặc ebonite Phía trong vỏ bình có các vách ngăn để tạo thành các ngăn riêng biệt, mỗi ngăn riêng biệt gọi là một ăc quy đơn Dưới đáy bình ta làm hai yên đỡ gọi là yên đỡ bản cực Mục đích là để các bản cực tỳ lên đó, tránh bị ngắn mạch khi trong đáy bình có lắng đọng các cặn bẩn.

- Bản cực được làm từ hợp kim chì và antimon, trên mặt bản cực có gắn các xương dọc và xương ngang để tăng độ cứng vững và tạo ra các ô cho chất hoạt tính bám trên bản cực

Nếu bản cực dương thì chất hoạt tính để phủ vào khung ô trên bản cực là dioxit chì Nếu bản cực dung làm bản cực âm thì chất hoạt tính được sử dụng là chì xốp.

Khi ăc quy hoạt động chất hoạt tính tham gia đồng thời vào các phản ứng hoá học càng nhiều càng tốt, do đó để tăng bề mặt tiếp xúc của các chất hoạt tính với dung dịch điện phân, người ta chế tạo chất hoạt tính có độ xốp, đồng thời đem ghép những tấm cực cùng tên song song với nhau thành một chum cực ở trong mỗi ngăn của ăc quy đơn.

Chùm bản cực dương và chum bản cực âm được lồng xen kẽ nhau nhưng giữa hai bản cực khác tên lại được đặt them một tấm cách, tấm cách được làm từ chất cách điện để cách điện giữa hai bản cực như nhựa xốp, thuỷ tinh hay gỗ.

- Phần nắp của ăc quy để che kín những bộ phận bên trong bình, ngăn ngừa bụi và các vật khác từ bên ngoài rơi vào bên trong bình, đồng thời giữ cho dung dịch điện phân không bị tràn ra ngoài Trên nắp bình có các lỗ để đổ và kiểm tra dung dịch điện phân, các lỗ này được nút kín bằng các nút có lỗ thong hơi nhỏ Ở một số loại ắcquy lỗ thong hơi có thể được chế tạo riêng biệt.

Để đảm bảo về độ kín của bình ăc quy, xung quanh mép của nắp ăc quy và xung quanh các lỗ cực đầu ra, người ta thường trát nhựa chuyên dụng Dung dịch điện phân dung trong ăc quy thường là hỗn hợp axit sunfuric H2SO4 được pha chế theo tỷ lệ nhất định với nước cất.

2 Nguyên lý làm việc: a, Quá trình nạp:

Khi ăc quy đã được lắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào các ngăn bình thì trên các bản cực sẽ sinh ra lớp mỏng chì sunfat (PbSO4) Vì chì tác dụng với axit theo phản ứng:

PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O

Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ăc quy thì dòng điện một chiều được khép kín qua mạch ăcquy và dòng điện đi theo chiều: Cực dương của nguồn một chiều → Dung dịch điện phân → Đầu cực 2 của ăcquy → Cực âm của nguồn một chiều

Dòng điện một chiều sẽ làm cho dung dịch điện phân phân ly:

Kết quả là ở bản cực nối với dương nguồn điện có PbO2 (chì dioxit) và ở chùm bản cực kia có chì Pb, như vậy ở hai chùm bản cực đã có sự khác nhau về cực tính.

Từ các phản ứng hóa học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra lượng axit

điện dòng điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân khí hydro (H2) và oxy (O2), lượng khí này sủi lên như bọt nước và bay đi, do đó nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình nạp điện được tăng lên.

Ăc quy được coi là đã nạp đầy khi quan sát thấy dung dịch sủi bọt đều (gọi đó là hiện tượng sôi) Lúc đó ta có thể ngắt nguồn nạp và xem như quá trình nạp điện cho ăc quy đã hoàn thành.

b, Quá trình phóng điện của ăc quy:

Nối hai bản cực của ăc quy đã được nạp điện với một phụ tải, ví dụ như một bong đèn thì năng lượng tích trữ trong ăc quy sẽ phóng qua tải, làm cho bóng đèn sáng Dòng điện của ăcquy sẽ đi theo chiều: Cực dương của ăcquy (đầu cực đã nối với cực dương nguồn nạp) → Tải (bóng đèn) → Cực âm của ăcquy → Dung dịch điện phân → Cực dương của ăcquy.

Quá trình phóng điện của ăcquy, phản ứng hoá học xảy ra trong ăcquy như

Như vậy khi ăcquy phóng điện, chì sunfat lại được hình thành ở hai bản cực, làm cho các bản cực dần trở lại giống nhau, còn dung dịch axit bị phân thành cation 2H+ và anion

SO , đồng thời quá trình cũng tạo ra nước trong dung dịch, do đó nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của ăcquy cũng giảm dần.

II, Ắcquy kiềm:

1, Nguyên lý làm việc:

Ăcquy kiềm là loại ăcquy mà dung dịch điện phân được dùng trong ăcquy là dung dịch kiềm KOH và NaOH Tuỳ thuộc vào cấu tạo của bản cực, ăcquy kiềm được chia thành 3 loại:

- Loại ăcquy sắt – niken, là loại ăcquy có bản cực chế tạo bằng sắt (Fe) và niken (Ni).

- Loại ăcquy cadimi – niken, là loại ăcquy có bản cực chế tạo bằng cadimi (Cd) và niken (Ni)

- Loại ăcquy bạc – kẽm, là loại ăcquy có bản cực chế tạo bằng bạc (Ag) và kẽm (Zn).

Trong ba loại trên thì loại thứ ba có hệ số hiệu dụng trên một đơn vị trọng lượng và một đơn vị thể tích là lớn hơn, nhưng giá thành của nó lại cao hơn vì phải sử dụng khối lượng bạc tới 30% khối lượng của chất tác dụng, do đó loại này ít dùng.

So với ăc quy axit, ăc quy kiềm có nhược điểm là giá thành cao hơn, điện trở trong lớn hơn, nhưng nó lại có các ưu điểm sau:

- Có độ bền lớn và thời gian sử dụng dài

- Trong điều kiện máy khởi động, làm việc nặng nề hoặc cần có yêu cầu về độ tin cậy cao thì nó có tính ưu việt hơn hẳn ăc quy axit.

- Quá trình nạp điện cho ăc quy kiềm không đòi hỏi nghiêm ngặt về dòng điện nạp Trị số dòng điện này có thể lớn gấp 3 lần dòng định mức cũng chưa làm hỏng được ăc quy.

Ăc quy kiềm có cấu tạo tương tự như ăc quy axit, tức là nó cũng gồm dung dịch điện phân, vỏ bình ăc quy, các bản cực,

Bản cực của ăc quy kiềm được chế tạo thành dạng thỏi hoặc không thỏi Giữa các bản cực được ngăn cách bởi các tấm ebonit Chùm bản cực dương và chùm bản cực âm được hàn nối như chùm bản cực của ăc quy axit để đưa ra các vấu cực cho ăc quy Các chùm bản cực được đặt trong bình điện phân và được ngăn cách với vỏ bình bằng lớp nhựa vinhiplat.

Loại ăc quy dùng bản cực dạng thỏi thì mỗi thỏi là một hộp làm bằng thép lá trên bề mặt có khoan nhiều lỗ: Φ = 0,2-0,3 mm để cho dung dịch thấm qua Nếu là ăc quy kiềm sắt – niken thì trong hộp bản cực âm chứa sắt đặc biệt thuần khiết, còn trong bản cực dương là hỗn hợp 75%NiO.OH và 25% bột than hoạt tính.

Loại ăc quy kiềm dùng bản cực không phân thỏi, thì bản cực được chế tạo theo kiểu khung xương, rồi đem các chất tác dụng có cấu trúc xốp mịn để ép vào các lỗ nhỏ trên bản cực.

2, Quá trình hóa học trong ăc quy kiềm:

Giống như trong ăc quy axit, quá trình hoá học trong ăcquy kiềm cũng là quá trình thuận nghịch

Trên bản cực dương:

Ni(OH)2 + KOH + OH-ƒ Ni(OH)3 + KOH Trên bản cực âm:

Fe(OH)2 + KOH ƒ Fe + KOH + 2OH

-Như vậy quá trình nạp điện, sắt hidroxit trên bản cực âm bị phân tích thành sắt nguyên tố và anion OH- Còn ở bản cực dương, Ni(OH)2 được chuyển hoá thành Ni(OH)3 Chất điện phân KOH có thể xem như nó không tham gia vào phản ứng hoá học mà chỉ đóng vai trò chất dẫn điện, do đó sức điện động của ăcquy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân Sức điện động của ăc quy chỉ đựoc xác định dựa trên trạng thái của các chất tác dụng ở các tấm cực.

Thông thường ăc quy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động sẽ đạt được khoảng 1,7 đến 1,85V Khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn, sức điện động của ăcquy là 1,2 đến 1,4V

Như vậy điện thế phóng điện của ăc quy kiềm thấp hơn ăc quy axit Nếu ở ăc quy axit điện thế phóng điện bình quân là 2V thì ở ăc quy kiềm chỉ là 1,2V.

Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo ăc quy chưa dừng lại ở những kết quả đã đạt được, người ta đã chế tạo được những ăc quy kiềm mới khá nhỏ và nhẹ, nhưng vẫn có các thông số kỹ thuật của ăc quy axit.

Những ăc quy mới đang hướng tới việc thay thế các bản cực bằng những hợp kim mới có khả năng chống han gỉ, giảm kích thước và tăng tính bền vững Những tạp chất mới được trộn vào trong chất tác dụng sẽ cải thiện đặc tính phóng điện của ăcquy một cách đáng kể Nhiều ăc quy mới đã không có cầu nối trên nắp và kết cầu vỏ bình cũng thay bằng những vật liệu rất nhẹ nên giảm được chiều dày thành bình, ăc quy cũng ít phải chăm sóc hơn.

III, Các thông số cơ bản của ăc quy:

Dung lượng : Là điện lượng của ăc quy đã được nạp đầy, rồi đem cho phóng điện liên tục với dòng điện phóng 1A tới khi điện áp của ăcquy giảm xuống đến trị số giới hạn quy định ở nhiệt độ quy định Dung lượng của ăc quy được tính bằng ampe-giờ (Ah).

Điện áp : Tuỳ thuộc vào nồng độ chất điện phân và nguồn nạp cho ăc quy mà điện áp ở mỗi ngăn của ăc quy khi nó được nạp đầy sẽ đạt 2,6V đến 2,7V

Điện áp của ăc quy không phụ thuộc vào số lượng bản cực của ăcquy nhiều hay ít.

3 Điện trở trong , là trị số điện trở bên trong của ăc quy, bao gồm điện trở các bản cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực Thường thì trị số điện trở trong của ăcquy khi đã nạp đầy điện là (0,001-0,0015)Ω và khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn là (0,02-0,025)Ω.

IV, Đặc tính phóng của ăcquy:

Đặc tính phóng của ăc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp ăcquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi.

Từ đặc tính phóng của ăc quy ta có nhận xét:

- Trong khoảng thời gian phóng từ t = 0 đến t = tgh (10h), sức điện động, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong đoạn này độ dốc của đường đặc tính không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của ăc quy (dòng điện phóng)

- Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột Nếu ta tiếp tục cho ăcquy phóng điện sau thời gian tgh thì sức điện động, điện áp

- của ăcquy giảm rất nhanh Mặt khác các tinh thể sunfat chì (PbO2) tạo

- thành trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan (bị biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho ăc quy sau này Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ăc quy, các giá trị EP, UP, ρtại tgh được gọi là các giá trị phóng điện của ăc quy, ăc quy

không được phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%.

Thời gian này được gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng làm cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng bản cực được biến đổi tuần hoàn, nhờ đó làm tăng dung lượng phóng điện của ăcquy.

- Thời gian nạp no cho ăcquy kéo dài từ 2-3h, trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực ăc quy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Như vậy dung lượng thu được khi ăc quy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no ăc quy.

- Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ăc quy giảm xuống và ổn định Thời gian này cũng gọi là thời gian nghỉ của ăc quy sau khi nạp.

- Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ăcquy Dòng điện nạp định mức với ăc quy là: In = 10%C10 Trong đó C10 là dung lượng của ăc quy mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là In=0,1C10 thì sau 10h ăc quy sẽ đầy.

1 Phương pháp nạp ăcquy với dòng điện không đổi:

Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại ăcquy, bảo đảm cho ăcquy được no Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sữa chữa để nạp điện cho ăcquy hoặc nạp sửa chữa cho các ăcquy bị sunfat hoá Với phương pháp này ăcquy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả mãn điều kiện:

aqN

U ≥2,7.N Trong đó: UN - Điện áp nạp

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

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ăcquy đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức Để khắc phục thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3-0,6)C10 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ăc quy đã bắt đầu sôi Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10.

2 Phương pháp nạp với điện áp không đổi:

Phương pháp này yêu cầu ăc quy mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3-2,5)V cho mỗi ngăn đơn Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian Tuy nhiên với phương pháp này ăcquy không được nạp no, do đó nó chỉ dùng bổ sung nạp cho ăcquy trong quá trình sử dụng.

3 Phương pháp nạp dòng áp:

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp.

Đối với yêu cầu của đề tài là nạp ăcquy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương pháp nạp ăc quy là phương pháp dòng áp.

- Đối với ăcquy axit:

Để đảm bảo thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian tn = 8h tương ứng với 75%-80% dung lượng ăcquy ta nạp với dòng không đổi là In = 0,1C10 Vì theo đặc tính nạp của ăcquy trong đoạn nạp chính thì khi dìng 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 8h ăcquy bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp Khi thời gian nạp được 10h thì ăcquy bắt đầu no, ta nạp bổ sung thêm 2-3h.

Trình tự nạp cũng giống như ăcquy axit nhưng do khả năng quá tải của ăcquy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In = 0,2.C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5.C10.

Các quá trình nạp ăcquy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên hai cực của ăcquy, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không.

Kết luận:

Từ các phân tích về tải ăcquy trên ta thấy: Tải ăcquy là tải dung kháng, với đặc điểm là sức điện động của ăcquy tăng dần trong quá trình nạp, tức là nếu ta giữ điện áp không thay đổi thì dòng điện nạp sẽ giảm dần, làm quá trình nạp điện cho ăcquy kéo dài, do đó ta cần kiểm soát được dòng điện nạp cho ăcquy Thông thường ta nạp với 10% dòng dung lượng của ăcquy và giữ ổn định dòng trong quá trình nạp Tuy nhiên khi dung lượng của ăcquy đã đạt đến 80%, lúc đó ta tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì ăcquy sẽ sôi và làm cạn dung dịch điện phân Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp ăcquy sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi ăcquy đã thực sự đầy Khi điện áp trên các bản cực của ăcquy bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về 0, kết thúc quá trình nạp.

Chương II: Phân tích, tính toán và lựa chọn sơ đồ

I, Chọn sơ đồ thiết kế

(Phân tích hoạt động, đánh giá ưu nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu, chọn sơ đồ hợp lý)

Theo yêu cầu của đề tài thiết kế:

- Điện áp nguồn cấp U1 = 220V, tần số nguồn cấp f = 50Hz

- Điều chỉnh dòng điện vô cấp trong dải từ 0 đến Idmax

Như vậy, nguồn cấp để nạp cho ăc quy là nguồn điện xoay chiều một pha, tần số 50Hz Xét các phương pháp chỉnh lưu 1 pha:

1, Chỉnh lưu một nửa chu kỳ:

Hình 2: CL một nửa CK Hình 3: Đồ thị U,I

Ở sơ đồ chỉnh lưu này, điện áp ra bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ, khi điện áp anod của van bán dẫn âm Do vậy, điện áp có chất lượng không tốt, và trị số trung bình lớn nhất khi không có điều khiển là:

Udo = 0,45.U2

Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản.

Tuy nhiên, các chất lượng kỹ thuật như: chất lượng điện áp một chiều, hiệu suất sử dụng biến áp xấu.

Với hệ số sử dụng biến áp:

SBA = 3,09.Ud Id

Do đó mà loại chỉnh lưu này ít được dung trong thực tế 2 Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính:

Sơ đồ chỉnh lưu:

Hình 4: CL cả chu kỳ với BA trung tính

Các đường cong chỉnh lưu

Hình 5: Các đường cong CL cả chu kỳ với BA trung tính

Có thể coi sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính là hai sơ đồ chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ hoạt động dịch pha nhau 1800 Ở mỗi chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện qua, cho nên ở hai nửa chu kỳ sóng điện áp tải trùng pha với sóng điện áp của cuộn dây có van dẫn Đặc điểm của loại chỉnh lưu

này là phải có biến áp thứ cấp có hai cuộn dây với các thông số giống hệt

So với chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ, sơ đồ này cho chất lượn điện áp tốt hơn Dòng điện chạy qua van không lớn, điện áp tổng rơi trên van nhỏ và việc điều khiển van tương đối đơn giản.

*, Nhược điểm:

- Việc chế tạo biến áp với hai cuộn thứ cấp giống hệt nhau và mỗi cuộn chỉ làm việc trong ½ chu kỳ làm việc chế tạo biến áp phức tạp và hiệu suất sử dụng biến áp xấu.

- Điện áp ngược của van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất làm cho việc chọn van bán dẫn khó khăn hơn.

3, Chỉnh lưu cầu một pha:

Chỉnh lưu cầu 1 pha có thể dùng sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển hoặc có điều khiển, trong sơ đồ có điều khiển lại có sơ đồ điều khiển đối xứng và điều khiển không đối xứng.

Ta xét sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng:

Hình 6: Chỉnh lưu cầu một pha

Sơ đồ chỉnh lưu này cho điện áp ra trên tải tương tự như sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ, biến áp thứ cấp có trung tính.

*, Hoạt động:

- Ở ½ chu kỳ đầu (dương); điện áp dương đặt vào anode T1, điện áp âm đặt vào cathode T2, khi có xung mở T1, T2 thì T1, T2 dẫn, có dòng điện qua tải - Ở ½ chu kỳ sau (âm); anode T4 dương, cathode T3 âm, khi có xung mở T3, T4 thì T3, T4 mở cho dòng điện qua tải theo chiều như khi T1, T2 dẫn Tức là dòng điện qua tải là dòng điện một chiều.

*, Ưu điểm:

- Cho dạng điện áp, dòng điện ra giống như các dạng đường cong của chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.

- Điện áp ngược của van phải chịu là:

Ta có điện áp của ăc quy là Ud = 24V

Theo phần phân tích tải, mỗi ngăn ăc quy đơn có điện áp 2V, do đó có thể thấy ăc quy gồm 12 ăc quy đơn Theo phần “ Nạp ăc quy bằng phương pháp áp” thì khi nạp cần giữ điện áp trên mỗi ngăn ăc quy đơn là (2,3-2,5)V Vậy điện áp sau chỉnh lưu lớn nhất là: U2 = 2,5.12 = 30V.

Do đó nếu ta dùng sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính thì điện áp ngược van phải chịu là:

U =2 2.U =2 2.30 85V=

Với Unv = 85V thì việc chọn van bán dẫn công suất không có gì là khó khăn Nếu sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha thì số lượng van sẽ tăng gấp đôi Do đó:

Ta sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cho mạch nạp ăc quy tự động là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp bên thứ cấp có trung tính.

II, Thuyết minh hoạt động của sơ đồ động lực:

Hình 7: Sơ đồ mạch động lực

Hình 8: Các đường cong chỉnh lưu

*, Hoạt động:

Sơ đồ chỉnh lưu bao gồm bộ nguồn chỉnh lưu hai nửa chu kỳ với biến áp có trung tính, tải ăc quy được mắc nối tiếp với một cuộn kháng lọc để khắc phục sự gián đoạn của dòng điện ứng với góc mở α nào đó để cho dòng điện

qua tải (ăc quy) là dòng ổn định.

Đường cong dòng điện và điện áp của tải (ăc quy) Ud, Id được biểu diễn như hình vẽ Ta thấy khi có them cuộn kháng lọc thì dòng điện ra không bị gián đoạn mà là dòng 1 chiều liên tục.

III, Tính toán biến áp và thông số các thiết bị mạch động lực:

Theo yêu cầu thiết kế, mạch nạp cho ăc quy bao gồm 12 ngăn ăc quy đơn,

1, Điện áp chỉnh lưu không tải:

Ud0.cosαmin = Ud + ∆UV + ∆Uba + ∆Udn Ud = 33V

∆UV = 0,8V – Điện áp rơi trên Thysistor.

∆Udn ≈ 0V – Sụt áp trên dây nối.

∆Uba = ∆UR + ∆UX – Là sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến áp.

∆Uba = 6%.Ud = 0,06.33 ≈ 2V.

Vậy: Ud0 = (33 + 0,8 + 2)/cos100 = 36,4V 2, Công suất tối đa của tải:

- Sba – Công suất biểu kiến của máy biến áp [VA].

- ks – Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực.

Theo bảng 1.2, ta có ks đối với chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ với biến áp có trung

QFe - Tiết diện trụ của lõi thép biến áp, cm2

kQ - Hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm mát, kQ = 6 m - Số pha của máy biến áp (MBA), m = 1

f - Tần số nguồn điện xoay chiều f = 50Hz 5 Tính toán dây quấn biến áp:

Theo công thức (1.17) - Thiết kế thiết bị điện tử công suất

Theo bảng 1.2 – Tài liệu thiết kế, ta có:

*, Tính tiết diện dây dẫn:

Chọn mật độ dòng điện trong máy biến áp:

Với dây dẫn đồng Cu, MBA khô chọn: J1 = J2 = 2,75 A/mm2

Sba = 808VA là biến áp có công suất nhỏ nên ta chọn mạch từ có trụ chữ nhật, có sơ đồ như sau:

Hình 9: Cửa sổ mạch từ máy biến áp

Theo tính toán ở trên: QFe = a.b = 24 cm2

W’ – Số vòng trên mỗi lớp dây h – Chiều cao cửa sổ

dn – Đường kính dây quấn kể cả cách điện

hg - Khoảng cách cách điện với gông, chọn hg = dn

Ta chọn chiều dày bìa cách điện cd = 0,1 mm → Bdct1 = (d1n + cd).nld1

= (1,22+0,1).6 = 7,92 mm → Bdct2 = (d2n + cd).nld2

= (2,36+0,1).2 = 4,92 mm

Hình 10: Dây quấn máy biến áp

Bề dày các cuộn dây:

mFe - Khối lượng riêng của sắt (7,85 Kg/dm3)

Do biến áp có công suất không lớn, chọn trụ và gông có tiết diện bằng nhau.

MFe = 1,0416.7,85 = 8,176 (Kg) 9 Khối lượng đồng Cu:

- Với cuộn dây sơ cấp w1:

MCu1 = VCu1.mCu (Kg) – Công thức (1.31) Tài liệu thiết kế VCu1 = SCu1.l1

Trong đó:

VCu - Thể tích khối đông của các cuộn dây, dm3

Khi coi cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp là khối trụ tròn