Thiết kế mạch nạp ác quy (kiểu vừa dòng vừa áp y c nạp nhanh)

-- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU Nguồn điện chiều ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, từ ứng dụng sinh hoạt đến ứng dụng quốc phịng, cơng nơng nghiệp, ngành khoa học kỹ thuật sản xuất công nghiệp đại Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chưa thấy, lĩnh vực điện tử, tin học, tự động hoá, đo lường điều khiển, v.v… thiết bị điện tử dây chuyền sản xuất công nghiệp, dụng cụ đo lường tự động, hệ thống điều khiển với độ xác cao, loại máy tính điện tử với tốc độ tính tốn nhanh ứng dụng công nghiệp, đo lường điều khiển, v.v… hầu hết cần nguồn cung cấp điện chiều để hoạt động Chính địi hỏi có nguồn điện chiều tương ứng; đáp ứng nhu cầu mới, có điện thế, dịng điện lớn, kích thước gọn nhẹ, làm việc tin cậy, xác, độ ổn định cao, khả làm việc lâu dài, chịu điều kiện môi trường làm việckhác nguồn điện chiều loại pin, ắc qy, phổ biến nguồn điện chiều từ ắc quy Do việc thiết kế nguồn cung cấp quan trọng thiết thực Trong có việc thiết kế nạp ắc quy tự động liên tục trọng Vấn đề lớn đề tài chế độ nạp cho ắc quy nào? công nghệ nạp ? có nhiều phương pháp điện cho ắc quy + Nạp với dịng điện khơng đổi + Nạp với điện áp không đổi + Nạp vừa dòng, vừa áp Trong đồ án ta dùng phương pháp nạp vừa dịng, vừa áp nạp đòi hỏi tốc độ nhanh, thời gian ngắn điện áp ắc quy phải đầy đủ 1 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -- NỘI DUNG ĐỒ ÁN GỒM CHƯƠNG Chương I- Ắc quy công nghệ nạp ắc quy I- Giới thiệu tổng quan ắc quy công nghệ nạp II- Cách phân loại III- Cấu tạo IV-Các q trình hố học V- Các đặc tính phóng nạp điện ác quy VI- Các phương pháp nạp điện VII- Các bảo quản ác quy Chương II: Tính chọn phương án I- Trình bầy sơ đồ chỉnh lưu II- Nguyên lý hoạt động III- Phân tích ưu nhược điểm phương án IV- Đánh giá lựa chọn phương án Chương III: tính mạch Lực I - tính chọn van II- tính tốn máy biến áp Chương IV: Tính tốn thiết kế mạch điều khiển I- Trình bầy mục đích u cầu II- Ngun tắc điều khiển III- Tính tốn lựa chọn linh kiện cho mạch điều khiển Để hoàn thành đồ án này, cố gắng thân, cịn có giúp đỡ tận tình thấy giáo Võ Minh Chính thầy mơn " Tự động hố xí nghiệp- cơng nghiệp" - Trường ĐHBK - Hà Nội Trong phải kể đến tài liệu tham khảo giáo sư tiến sỹ dày công nghiên cứu nhà xuất KH-KT in ấn phát hành Điều tạo điều kiện thuận lợi cho em tiếp thu, học hỏi, nghiên cứu để đồ án : thiết kế Bộ nạp ác quy tự động hoàn thành / SINH VIÊN Nguyễn Văn Quân 2 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I ẮC QUY VÀ CÔNG NGHỆ NẠP ẮC QUY I- GIỚI THIỆU VỀ ÁC QUY Ắc quy loại nguồn điện hố học, biến điện thành hoá ngược lại biến hoá thành điện Q trình biến hố thành điện gọi q trình phóng điện q trình biến điện thành hố gọi q trình nạp điện Ắc quy nguồn điện chiều sử dụng rộng rãi làm việc dựa tượng điện - hoá học Ắc quy sản xuất phải bảo đảm tính điện theo quy định + Sức điện động lớn thay đổi phóng, nạp điện + Ắc quy phải làm việc thuận nghịch, nghĩa hiệu suất lượng gần 100% + Điện trở nhỏ + Dung lượng cho đơn vị trọng lượng đơn vị thể tích phải lớn + Tự phóng điện II- PHÂN LOẠI ẮC QUY Trong điều kiện có nhiều loại ắc quy khác sản xuất tuỳ thuộc vào điều kiện, yêu cầu cụ thể loại máy móc, dụng cụ, điều kiện làm việc, tính kinh tế kyc thuật ắc quy Có thể liệt kê số loại sau : - Ắc quy chì ( hay ắc quy axít) - Ắc quy kiềm - Ắc quy không lamen ắc quy kín - Ắc quy kẽm - bạc ắc quy catmi- bạc Tuy nhiên thực tế ắc quy axits ác quy kiềm sử dụng nhiều thông dụng từ trước đến ắc quy axít; so với ắc quy kiềm có vài đặc tính tốt : sức điện động " cặp " cực cao 3 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP có điện trở nhỏ Vì đồ án ta chọn loại ắc quy a xít để nghiên cứu thiết kế III- CẤU TẠO CỦA ẮC QUY A XÍT 1- Vỏ bình Vỏ thường làm nguyên liệu cách điện nhựa, cao su cứng (ê bơnít) đúc thành hình hộp, chia thành nhiều ngăn, chịu khí hậu nóng, lạnh va chạm mạnh chịu a xít Ở đáy ngăn có bốn sống đỡ khối cực tạo thành khoảng trốn đáy bình mặt khối cực, tránh tượng chập mạch cực chất kết tủa rơi xuống đáy bình gây nên 2- Tấm ngăn Tấm ngăn ghép cực âm cực dương để tránh tượng chập mạch điện cực khác dấu 3- Phân phối cực âm Các cực âm ghép song song với tạo thành khối cực âm Chất hoạt động ca bn cc õm l chỡ xp Lá cách điện Cấu tạ o cực (+) 4- Phõn bn cực dương Các cực dương ghép song song tạo thành khối cực dương Chất hoạt động cực dương PbO2 ( bi ô xít chì ) 4 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -- Để tăng dung lượng sức điện động ắc quy, người ta đấu nối nhiều cực nối tiếp dương- âm xen kẽ ngăn (+) (-) cách cách điện 5- Dung dịch điện phân Dung dịch điện phân a xít sun fua ric ( H2SO4 ) Nồng độ dung dịch điện phân a xít sun fua ric P = 1,1 - 1,3g/cm3 Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động ắc quy 6- Cầu nối Cầu nối chì để nối tiếp đầu cực âm ngăn ắc quy với đầu cực dương ngăn ắc quy 7- Nắp nút: Nắp đậy vỏ bình làm nhựa cao su cứng, nắp có lỗ để đổ dung dịch vào bình đầu cực nút đậy để điện dịch khỏi đổ IV- Q TRÌNH HỐ HỌC TRONG CÁC ẮC QUY A XÍT Trong ắc quy axít thường xảy hai q trình hố học thuận nghịch đặc trưng q trình nạp phóng điện Khi nạp điện, nhờ nguồn điện nạp mà mạch điện tử "e" chuyển động từ cực âm đến cực dương, dịng điện nạp In Khi phóng điện, tác dụng sức điện động riêng ắc quy điện tử chuyển động theo hướng ngược lại ( từ (+) đến (-) tạo thành dịng điện phóng Ip Khi ắc quy nạp no, chất tác dụng cực dương PbO , cực âm chì xốp Pb Khi phóng điện, chất tác dụng hai cực trở thành sun phát chì PbSO4 có dạng tinh thể nhỏ Phương trình hố học xảy ắc quy a xít: Trên cực dương : PbO2 + 3H+ HSO4+ 2e = PbSO4+ H2O 5 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trên cực âm : Pb + H2SO4 = PbSO4 + 2e + 2H Trong trường hợp tổng quát đặc trưng trình bảng sau: Trạng thái ắc quy Bản cực dương Dung dịch điện phân Đã nạp no PbO2 (oxít chì) H2SO4 (a xít sun fua ríc) Đã phóng hết điện H20 (nước) PbSO4 (sun fát chì tinh thể nhỏ) Bản cực âm Pb (chì xốp nguyên chất) PbSO4 (sun fát chì tinh thể nhỏ ) Nh vËy, phãng ®iƯn a xÝt sun fua ric bị hấp thụ để tạo sun phát, nớc bị phân hoá , nồng độ dung dịch giảm Khi nạp điện ngợc lại, nhờ hấp thụ nớc tái sinh a xít sun fua ric nên nồng độ dung dịch tăng lên Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân phóng nạp dấu hiệu để xác định mức phóng điện cđa ¾c quy sư dơng V- CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ẮC QUY A XÍT Trong phần ta nêu vài đặc tính chủ yêu ắc quy a xít để đơn giản ta xét đặc tính ắc quy đơn: 1- Sức điện động (SĐĐ) ắc quy : SĐĐ ắc quy phụ thuộc chủ yếu vào điện cực tức phụ thuộc vào đặc tính lý hố vật liệu để làm cực dung dịch điện phân, khơng phụ thuộc vào kích thước cực SĐĐ ắc quy phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân xác định công thức thực nghiệm sau: Eo= 0,85 + P( 1- ) 6 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Với E0 - SĐĐ tĩnh ắc quy đơn SĐĐ tĩnh đo trường hợp ắc quy khơng phóng điện vơn kế đặc biệt P - nồng độ dung dịch điện phân tính V quy + 150C Ngoài SĐĐ ắc quy phụ thuộc vào nhiệt độ dung dịch điện phân Ví dụ nhiệt độ thay đổi từ 200C đến 400C SĐĐ ắc quy đơn giảm từ 2,12 đến 2,096V 2- Các đặc tính nạp phóng ắc quy a- Phân tích q trình np V + A (-) Sơđồ mạch nạp 0,5 (+) 12 18 20 Trên hình vẽ (H1) đặc tính nạp dịng điện khơng đổi, nồng độ dung dịch nạp tăng theo quy luật đường thẳng từ 1,11 g/cm3 đến 1,27g/cm3 cuối trình nạp Sức điện động E0 1,96V ứng với ắc quy coi phóng hết điện Khi nạp điện lịng cực tạo thành a xít sun fua ric nồng độ dung dịch cực trở lên đậm đặc nồng độ dung dịch chung, Eaq nạp lớn E0 lượng ∆E Thế hiệu ắc quy nạp : Un = Eaq + In.Raq ( 1- 2) In - dòng điện nạp (A) Un - Thế hiệu ắc quy trình nạp 7 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -- Raq - điện trở ắc quy ∆E - Mức chênh lệch sức điện động trình nạp Ở cuối trình nạp SĐĐ hiệu Un tăng lên nhanh với bọt khí tạo thành ắc quy Khi trình nạp kết thúc chất tác dụng cực trở lại trạng thái ban đầu, dòng điện In lúc tác dụng điện phân nước thành ô xi hiđrô dạng bọt khí Hiện tượng gọi "sôi" ắc quy dấu hiệu cuối q trình nạp Sự sôi bắt đầu ắc quy hiệu ắc quy đơn tăng tới 2,4V sau hiệu tăng vọt lên đến đạt giá trị tận 2,7V ngừng tăng Điểm thực chất điểm cuối trình nạp kết thúc nạp đây, thường người ta phải tiếp tục nạp khoảng nữa, thấy suốt thời gian hiệu nồng độ dung dịch ắc quy không thay đổi ắc quy nạp no Sau ngắt dòng điện nạp, hiệu ắc quy sụt hẳn xuống Eaq sau khoảng "nghỉ" (tức sau cân nồng độ dung dịch hết bọt khí) ó giảm đến SĐĐ tĩnh cho ddến giá trị E0= 2,11 ÷ 2,12V ứng ới ắc quy nạp no Như dấu hiệu biểu thị mốc cuối trình nạp: Thế hiệu nồng độ dung dịch ắc quy nừng tăng chúng phải không thay đổi liền Điện lượng cung cấp cho ắc quy nạp Quảng ninh tính : Qn = In Tn ( - 3) Tn - thời gian nạp tính đến điểm cuối q trình nạp 3- Trong trình ắc quy làm việc tổn thất nhiệt cho q trình phản ứng hố học khơng hoàn toàn lại nên nạp phải cung cấp cho ắc quy điện lượng lớn điện lượng sản sinh phóng điện Ngồi ra, phải tiêu tốn thêm lượng điện cho việc điện phân nước liền nên nạp điện lượng cung cấp cho ắc quy cần phải lớn điện dung Q thu q trình phóng khoảng 10 ÷15% ( đặc trưng phần gạch vng hình vẽ ) 8 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b- Quá trình phóng 1,75 - + 10 A 1,27 1,11 (+) V Sơđ mạch nạp Qp=I p.tp 0,5 tp,h 12 18 20 Trên hình (H2) sơ đồ phóng đặc tính phóng ắc quy a xít q trình phóng phân tích tương tự trên, đồ án ta quan tâm đến phương pháp nạp điện cho ắc quy ta không cần nêu chi tiết đặc tính phóng ắc quy a xít VI- CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ĐIỆN CHO ẮC QUY A XÍT Để nạp điện cho ắc quy người ta sử dụng hai phương pháp : - Nạp dịng điện khơng đổi In = const - Nạp hiệu không đổi Un = const Ở đồ án ta kết hợp hai phương pháp Bởi nạp địi hỏi tốc độ nhanh ta kết hợp hai phương pháp 9 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a- Nạp dịng điện khơng đổi Theo phương pháp này, dịng điện nạp giữ nguyên trị số không đổi suốt thời gian nạp ( nạp nấc) trường hợp nạp vội cho phép nạp hai nấc tức thay đổi cường độ dòng điện nạp làan Vì dịng điện nạp : In = Un − Eaq Raq (1 - 4) mà Eaq nạp tăng dần, nên muốn giữ cho In = const trình nạp phải tăng dần Un Để thực việc nguồn nạp phải có nhiều nấc điện , mắc thêm biến trở nối tiếp với ắc quy Trong trường hợp nạp hai nấc nấc thứ kết thúc hiệu ắc quy đơn đạt 2,4V (bắt đầu sủi bọt khí ắc quy) Sau chuyển sang nấc thứ hai với cường độ dòng điện nạp giảm kết thúc trình nạp cuối nấc Theo cách tất ắc quy không lệ thuộc vào hiệu định mức mắc nối tiếp với cần đảm bảo điều kiện : Un > 2,7 Naq ( - ) Trong đó: Un - Điện áp nạp Naq - Số ngăn ắc quy đơn mắc mạch nạp Tất ắc quy phải có điện dung nhau, khơng phải chọn cường độ dịng điện nạp theo ắc quy có điện dung nhỏ ắc quy có điện dung lớn phải nạp lâu Trong trình nạp sức điện động ắc quy tăng dần, để trì dịng điện nạp khơng đổi ta phải bố trí mạch nạp biến trở R, trị số giới hạn biến trở xác định theo công thức : Un − 2,0 Naq In R (1 - 6) = * Ưu điểm phương pháp : Nạp dịng điện khơng đổi phương pháp nạp chủ yếu tổng hợp , nạp nấc bản, cịn nạp hai nấc áp dụng cần rút ngắn thời 10 10 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP UĐF= ± 16 sin Wt D9 ÷ D10 lấy tín hiệu đồng pha chọn loại 1N5402 Có I =2A , U = 70V - Tính máy biến áp nguồn : + Khối nguồn tạo điện áp cung cấp cho OA: - 17V- 0V- + 17V U1 = 220 V , U2 = 30V , I2 = 500MA Có P2.1 = U2 I2 = 34 0,5 = 17 (w) + Khối nguồn tạo điện áp đồng pha - 12V - - + 12V dòng 150 mA P2.3= 24 0,15 = 3,6 (w) Công suất máy biến áp nguồn : P = P2.1 + P2.2 + P2.3 = 17 + 24 + 3,6 = 44,6 (w) Tiết diện lõi : Q= K P = 1,2 42,6 = (cm2) Chọn lõi thép có tiết diện Q= cm2 làm thép kỹ thuật E310 ghép lại, dày 0,35 mm, I + Số vòng dây , dịng/vơn K 48 = Q = vịng/v Wo= Vòng dây cuộn sơ cấp : W1 = U1 Wo = 220.6 = 1320 vòng Số vòng dây thứ cấp : W2.1.1 = W2.1.2 = 17.6 = 102 ( vòng) W2.2 = 24.6 = 144 vòng 41 41 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP W2.3.1 = W2.3.2 = 12.6 = ±2 ( vòng) Tiết diện dây chọn J = 2A/mm2 U I 0,11 = = = 0,055 Dòng thứ cấp : U J ( mm2) Tiết diện dây thứ cấp : I 2.1 0,5 = = 0,25 S2.1 = J ( mm2) I 2.2 = = 0,5 S2.2 = J ( mm2) I 2.3 0,15 = = 0,075 S2.3 = J ( mm2) - Đường kính dây: Đường kính dây sơ cấp : d1 = 4.S 2.1 = Π 4.0,25 = 0,56 Π (mm) d2 = 4.S 2.2 = Π 4.0,5 = 0,8 Π (mm) d3 = 4.S 2.3 = Π 4.0,075 = 0,3 Π (mm) Tra sổ tay: d1= 0,27mm ; 0,509g/m 0,315 ohm/m d2.1 = 0,57mm ; 2,27g/m ; 0,0675 ohm/m d2.2= 0,8mm , ; 0,0342 ohm/m d2.3= 0,31mm , 42 ; 4,47 g/m 0,671 g/m ; 42 0,239 ohm/m Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2- Tính chọn phân tử khâu tạo điện áp đồng pha T1 R2 R1 C1 -E B OA1 R4 V0 VR1 OA2 VR2 R3 E Chọn OA1, OA2 … OA10 loại TL 084 có thông số : Ecc= ± 12V Zv = 1012 Ω Ud = ± 30v Zra = 60 Ω Ur + ± 25v K = S.104 du/dt = 0,3v/µs T0 = -25 + 850 Khi Ud < Ub tín hiệu OA1 tín hiệu xung âm lúc transistor T1 khoá, tụ C1 nạp theo đường OA2 với dòng nạp E In = - R + VR2 Khi UB< Uđ , đầu OA1 xung dương lúc T1 mở tụ C1 phóng điện từ ( phần dương tụ ) qua T1 - Chọn chu kỳ phóng nạp tụ C1 10ms Thời gian nạp tn = Thời gian phóng tp= 0,97ms Chọn Ucmax = 9v ta có t Uc = t 1 E E In.dt = dt = tn = Um ∫ ∫ C1 C1 R + UR2 C1.R Với R4 + UR2 = R 43 43 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chọn C1 = 470 nF = 47.10-8F E.tn 12.10−3 = −8 → R = Uc.C1 9.47.10 Chọn UR2 = 0,5K Ω ; R4= 100 Ω E R' Ta có Uo= R + R' với R' = R3+ UR1 Đặt Uo= 0,5 ÷1 (V) → UR1 = K Ω ; R3 = 100 Ω 3- Khâu phản hồi áp Chọn Rf >> Rt, dòng qua R7 chọn cỡ 10mA nên Ud max 120 = = 12 −3 Rf = 10mA 10.10 (K Ω) Nguồn nạp phải thoả mãn yêu cầu điện áp ắc quy nhỏ 90% điện áp định mức ắc quy ( UnAQ < 90% Uđm) mạch nạp theo chế độ dịng Khi UnAQ > 90% Uđm mạch tự động chuyển sang chế độ nạp ( nạp no) VR3 +E R 17 OA1 R16 VR5 Rf R41 R18 R19 R20 OA7 C3 R22 R23 +E 44 R21 44 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ta đặt ngưỡng cho OAo 5v ta chọn điện áp UR 3= 5v phải đặt vị trí VR5 cho điện áp ắc quy đạt tới 108V điện áp phản hồi 5V, ta có : R P = 5V 10mA = 0,5 (K Ω) Chọn R18= 0,5 kΩ R16= R19 = 10 kΩ Hệ số khuyếch đại OA7 K = 5.104 Ta có R41= K R19= 5.104.104 = 5.102 M Ω Điện trở R22 để hạn chế đầu vào bị khuyếch đại chọn R 22 = 10 kΩ, R21, R23 phân áp đặt giá trị ngưỡng để so sánh với điện áp phản hồi, đầu khuyếch đại cấp cho khoá chuyển mạch CM1 Chọn R21 = R23 = 15kΩ Điện trở R17 , R20 hạn chế dòng vào CM1 Chọn R20 = R17 = 20 kΩ 4- Khâu phản hồi dòng Điện trở RS lấy tín hiệu phản hồi dịng chọn loại 75 µA R25 R24 R28 RS OA R26 R32 R30 R29 R27 OA R31 + E Các điện trở R24, R26, R27 hạn chế dòng vào khuyếch đại phối hợp trở kháng Ta chọn : R24 = R26 = R27 = 10kΩ Nên R25 = K.R24 = 5.104.104 = 5.102 µ Ω 45 45 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Điện trở R28 = R30 = 10 k Ω R29, R31 đặt nghiêng so sánh với dòng phản hồi khuyếch đưa vào khoá chuyển mạch CM2 Chọn R29 = R31 = 15 k Ω Điện trở R32 hạn chế dịng vào khố chuyển mạch CM1 , chọn R32 = 20k Ω Các khoá chuyển mạch CM1 CM2 làm việc theo nguyên tắc: có điện áp (+) đặt vào khố chuyển mạch → CM thơng cho dịng chảy qua Khi có điện áp (-) đặt vào CM khố ngắt dịng 5- Khâu bảo vệ q áp ắc quy Khi chế độ nạp ( nạp no) điện áp vượt điện áp định mức ắc quy dẫn đến đánh thủng cực làm hỏng ắc quy Vì cần có bảo vệ áp cho ắc quy EN RL D17 A R32 R33 OA1 T6 D18 + E V R Đặt ngưỡng cho OA11 7V Chọn hệ số nạp ắc quy 1,2 ta có điện áp ắc quy lớn I' UAQmax = 120.1,2 = 144 (V) Theo tỷ số đặt chiết áp vị trí cho điện áp ắc quy tăng đến 144v điện áp phản hồi Rp 7v , điện áp (A) đạt 7V đầu OA 11 lật 46 46 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP trạng (-) sang (+) làm cho T6 không, dẫn đến rơle Rl tác động mở tiếp điểm mạch điều khiển để ngắt mạch bảo đảm an toàn cho ắc quy Chọn chiết áp VR4 = 10k Ω R32 để hạn chế đầu vào phối hợp trở kháng chọn R32 = 5K Ω R33, R34 hạn chế tạo chế độ làm việc cho T6 Ta chọn R33 = R34 = 170 Ω Đi ốt D18 bảo vệ lớp tiếp giáp BE transistor khoá Đi ốt D19 bảo vệ cuộn dây Rơ le T khoá Chọn D18 , D19 loại N5401 có I = 2A, U = 70V T chọn loại B4 x 47 có thơng số : P = 125 w Ic = 9A Uce = 200V IB = 1,2A 6- Mạch phát xung chùm R8 R11 OA5 C2 D7 R10 R22 Ta sử dụng phát xung chữ nhật tần số 8KHz Chọn OA5 loại IC µA 741 Các điện trở R9, R10, R11 trị số 10 k Ω Đi ốt D7 loại 1N5402 47 47 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tần số giao động phụ thuộc R8 C2 chọn C2 = 10 µF 1 R9 = Ta có : T = 2R8C2 ln ( + R10 ) = f 8.10 T = = 5682Ω −8 , C 2 , 10 10 T = 2,2 R8 C2 → R8= Chọn R8= 5,8 k Ω 7- Mạch so sánh R5 Uk R7 OA3 R6 Uph D8 Mạch thực so sánh tín hiệu phản hồi tín hiệu cửa, đồng thời tạo xung chữ nhật Điện trở vào Ic: Zv = ∝ Ta chọn: R5 = R6 = 10 k Ω OA3 chọn loại TL 084 R7= 15 k Ω Đi ốt D8 chọn loại 1N 5402 , 48 I= 2A , U = 70V 48 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8- Mạch khuyếch đại xung +EN A1 D11 R35 T1 D12 T2 H1 T3 D10 R39 RL Các tín hiệu Uss + Ucc đưa đến cổng phân tử s vào khâu khuyếch đại biến đổi chọn transistor loại T Π- 100 có Ug= (v) Ig = 0,4 A Tỉ số biến áp xung chọn m = 1,5 Dịng điện sơ cấp BAX có biểu thức I 0,3 = = 0,2( A) m , I1= (bỏ qua dịng tử hố I µ) Chọn T3 loại D163 làm việc chế độ xung có : Uclo= 85 V Ic max = 6A f = 15 MHz β = 10 ÷ 320 Vbco= V Chọn IC = 0,4A ; 49 β =40 49 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -- Ic 0,4 = = 10mA β 40 Ta tính : I β T3 = Dịng IcT2 = IbT3 chọn T2 loại C28 có Uce = 30V Ic= 50mA β = 100 ÷ 220 Vì biến áp làm việc chế độ xung nên có thời điểm BAX bị bão hồ, để hạn chế dịng qua sơ cấp BAX ta mắc thêm R36 Điện áp thứ cấp : BAX : U2 = f (v) → U1 = mU2 = 1,5.7 = 10,5 (v) En − U 24 − 10,5 = = 34 IcT , → R36 = (Ω) Điện trở R36 điện trở công suất R36 = 39 Ω ; P = 2w Đi ốt D11 ngăn chặn xung âm đặt vào cực G Thyristor D12 bảo vệ lớp tiếp giáp K - G lúc khoá Chọn D11 - D12 loại 1N5402 Điện trở R35 hạn chế dòng Ig Thyristor Ug Ig = Rg + R35 Ug − Rg = − 10 = 0,4 Rg = 10 Ω → R35 = Ig (Ω) Bộ phát xung cho kênh điều khiển Thyristor T2 có thơng số tương tự 50 50 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9- Tính tốn BAX Chọn vật liệu sắt từ f 330 lõi thép dạng hình chữ I làm việc phần đặc tính từ hố ∆B = 0,7 T ∆H = 50A/m có khe hở Độ từ thẩm lõi sắt ∆B 0,7 = −6 = 1,4.104 µ = Mo∆H 10 50 Do mạch từ có khe hở nên phải tính độ từ thẩm trung bình chọn sơ Chiều dài trung bình đường sức : l = 0,1 δ = 10-5m l δ+ M Do đó: Mtb = = 0,1 0,1 10 + 1,4.104 −5 = 5,8.103 Thể tích lõi sắt từ Mtb.Mo.Zn.P.U I '2 ∆B V = Q1 = 5,8.103.106.2.10 −4.0,15.24.0,3 (0,7) V= V= 2,5 ( cm2 ) Thực tế ta thường dùng BAX vật liệu ferit có kích thước vỏ ngồi gơng hình trụ 30 x 25 (mm2) Số vịng cuộn sơ cấp n1 = 80 vòng Số vòng cuộn thứ cấp n2 = 60 vòng 51 51 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP α t UB U0 t UC t T1 R D1 C UD Zz Rf U®k T2 C t R D2 Rs α t UE UP α t UH t UG t t U1 U2 t t Nguyên lý làm việc mạch: Khi Ub > Uđ tín hiệu OA tín hiệu xung âm ( Uc < ) transistor T1 khố "khơng mở", tụ C1 nạp điện theo đưa đầu OA2 Khi UB < Uđ tín hiệu OA1 xung dương đặt vào cực bazơ transistor T1, lúc transistor T1 mở bão hồ, tụ C1 phóng điện từ ( +tụ ) qua CE T1 tạo điện áp cưa Lúc bắt đầu nạp điện cho ắc quy , điện áp ắc quy nạp thấp điện áp phản hồi lấy Rf thấp giá trị đặt UR3 ( UA < 50) đầu OA âm dẫn đến khoá chuyển mạch CM1 khoá CM2 mở Lúc tín hiệu phản hồi dịng lấy 52 52 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -- Rs đưa vào khuyếch đại chảy qua CM2 đưa tới đầu cộng khâu so sánh, lúc ắc quy nạp theo chế độ dòng Điện áp ắc quy nạp dâng lên đến điện áp Rf tăng lên gía trị điện áp Ua = 5V đầu OA lật trạng thái sang dương → đóng khố chuyển mạch CM2 lại mở khoá chuyển mạch CM1 Điện áp phản hồi lấy R7 khuyếch đại đưa tới đầu cộng khâu so sánh Lúc ắc quy nạp theo chế độ A1 Bộ so sánh OA3 thực việc so sánh hai tín hiệu Urc U CM1 UCM2, Urc < UCM transistor T2 transistor T1 thấp dẫn đến phát xung vào mở Thyristor T1 Nếu Urc > UCM khố kênh điều khiển Thyristor mạch lực Nếu điện áp ắc quy vượt qua giá trị đặt 144v điện áp điểm A U A > Uđ= 7v , đầu OA11 dương, làm cho transistor T6 thơi dẫn đến có dịng chảy qua cuộn rơle, làm cho rơle tác động mở tiếp điểm thường đóng rơ le mạch điều khiển mạch 53 53 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -- TÀI LIỆU THAM KHẢO **** 1- Đinh Ngọc Ân - Trang bị điện ô tô máy kéo Nxb đại học trung học chuyên nghiệp HN 1980 2- Nguyễn Bính - ĐTCS - HN 1996 3- Nguyễn Bính - ĐTCS lớn, ứng dụng Tiristor Nxb Bộ đại học - 1985 4- Đỗ Xuân Thụ KT điện tử - Nxb giáo dục 1998 5- Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh TK MBA - Nxb KH - KT 1999 54 54 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội -- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Để hoàn thành đồ án này, ngồi cố gắng thân, cịn có hướng dẫn tận tình thày mơn "Tự động hố xí nghiệp - cơng nghiệp" đặc biệt thầy Võ Minh Chính trực tiếp hướng dẫn cho em suốt thời gian làm đồ án Đến đồ án hoàn thành, cịn thiếu sót, em mong nhận phê bình thày đồ án em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 18 tháng năm 2003 Sinh viên Nguyễn Thị Liên 55 55 Đề tài: Thiết kế nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội ... GỒM CHƯƠNG Chương I- ? ?c quy c? ?ng nghệ nạp ? ?c quy I- Giới thiệu tổng quan ? ?c quy c? ?ng nghệ nạp II- C? ?ch phân loại III- C? ??u tạo IV -C? ?c q trình hố h? ?c V- C? ?c đ? ?c tính phóng nạp điện ? ?c quy VI- C? ?c. .. - ? ?c quy kiềm - ? ?c quy khơng lamen ? ?c quy kín - ? ?c quy kẽm - b? ?c ? ?c quy catmi- b? ?c Tuy nhiên th? ?c tế ? ?c quy axits ? ?c quy kiềm sử dụng nhiều thông dụng từ trư? ?c đến ? ?c quy axít; so với ? ?c quy kiềm... hạn chế dịng vào khố chuyển mạch CM1 , chọn R32 = 20k Ω C? ?c khoá chuyển mạch CM1 CM2 làm vi? ?c theo nguyên t? ?c: c? ? điện áp (+) đặt vào khố chuyển mạch → CM thơng cho dịng ch? ?y qua Khi c? ? điện áp