Thiết kế phần điện áp một chiều cho bộ UPS, công suất 4KVA, điện áp ra 110KV

LỜI MỞ ĐẦU Sự đời, phát triển nhanh ngày hoàn thiện linh kiện điện tử, đặc biệt vi xử lý tạo thay đổi sâu sắc phát triển mạnh mẽ thiết bị, hệ thống thiết bị điện - điện tử, chẳng hạn như: máy tính, thiết bị điều khiển khả trình, tổng đài điện thoại, truyền liệu, chiếu sáng đường hầm, hệ thống giám sát điều khiển xử lý cơng nghiệp Nhằm đảm bảo tính liên tục chất lượng cung cấp điện cho tải nhạy cảm mà không phụ thuộc trạng thái hệ thống cung cấp, phương pháp sử dụng nguồn dự trữ làm việc tin cậy, đặc biệt nguồn làm việc “giao diện công suất‟‟ nguồn cung cấp tải Sau trình tìm hiểu UPS em hồn thành đồ án tốt nghiệp với yêu cầu sau: “Thiết kế phần điện áp chiều cho UPS, công suất 4KVA, điện áp 110KV”.Toàn đồ án chia làm chương sau: Chương 1: Tổng quan chung nguồn UPS Chương 2: Tính tốn lựa chọn ắc qui cho nguồn UPS Chương 3: Lựa chọn tính tốn mạch chỉnh lưu Chương 4:Thiết kế tính tốn mạch điều khiển Tuy nhiên cịn có nhiều hạn chế mặt kiến thức kinh nghiệm nên đề tài hoàn thành khơng tránh khỏi sai sót chưa đầy đủ Em mong nhận đánh giá, góp ý thầy giáo để tìm hiểu bổ xung cho hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG VỀ BỘ NGUỒN UPS 1.1 GIỚI THIỆU VỀ UPS Hình 1.1: Hình ảnh UPS UPS viết tắt cụm từ tiếng Anh: Uninterruptible Power Supplier hiểu hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản lưu trữ điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống Nó cung cấp tạm thời điện nhằm trì hoạt động thiết bị sử dụng điện lưới gặp cố (mất điện, sụt giảm điện áp thấp, cố khác ) khoảng thời gian với cơng suất giới hạn theo khả Ở Việt Nam, UPS thường quen gọi là: lưu điện hay lưu điện, cục lưu điện Như biết, nguồn điện tốt đảm bảo khả làm việc tin cậy, kéo dài thời gian sử dụng thiết bị dùng điện mang lại hiệu kinh tế cho doanh nghiệp Hiện nay, nhu cầu lượng điện ngày tăng, việc đầu tư cho hệ thống lưới điện đòi hỏi nhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếu hụt điện chất lượng điện suy giảm Từ yêu cầu thiết bị mức độ nguồn điện liên tục chất lượng, UPS phân thành dịng sản phẩm cơng nghệ sau:UPS Offline đơn thuần, UPS Offline công nghệ Line-interactive, UPS Online, UPS tĩnh, UPS quay 1.1.1 Nguyên lý làm việc nguồn liên tục UPS Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lí UPS UPS nguồn có đầu vào nối với lưới điện , đầu nối với thiết bị cần bảo vệ , bên có ácqui Bình thường tải cung cấp nặng lượng từ nguồn Khi điện bất thường lượng cung cấp cho tải lúc lấy trực tiếp từ ácqui đảm bảo cho thiết bị cung cấp lượng cách liên tục 1.1.2 Cung cấp lượng điện cho tải nhạy cảm Sự cố nguồn lượng điện: Sự cố nguồn lượng điện xẩy trình lắp đặt trang thiết bị đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, cân pha, sấm sét, …) Những cố gây hậu khác Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối lượng điện tạo điện áp hình sin với biên độ tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn) Trong thực tế, sóng hình sin điện áp dòng điện tần số bị ảnh hưởng phạm vi khác cố xuất hệ thống Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị cố gián đoạn cung cấp điện vì: + Hiện tượng nhiễm điện bầu khí (thường khơng tránh khỏi) Điều ảnh hưởng đến đường dây ngồi trời cáp chôn, chẳng hạn: - Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột hệ thống cung cấp điện - Sương giá làm cho đường dây bị đứt + Những tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn: - Cành rơi gây gắn mạch đứt dây - Đứt cáp đào đất - Sự hư hỏng hệ thống cung cấp Những thiết bị dùng điện ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp + Lắp đặt công nghiệp, chẳng hạn: - Động gây điện áp rơi nhiễm RF trình khởi động - Những thiết bị gây nhiễm: Lị luyện kim, máy hàn, … gây điện áp rơi nhiễm RF + Những hệ thống điện tử công suất cao + Thang máy, đèn huỳnh quang Những cố ảnh hưởng đến việc cung cấp lượng điện cho thiết bị phân thành loại sau: + Lệch điện áp + Ngừng hoạt động + Tăng đột ngột điện áp + Thay đổi tần số + Xuất sóng hài + Nhiễu tần số cao… Sự cố gây hậu nghiêm trọng, đặc biệt làm gián đoạn việc cung cấp điện, hệ thống liệu máy tính 1.1.3 Giải pháp dùng UPS Điều cần ý trước hết cố hậu phương diện: - An toàn cho người - An toàn cho thiết bị, nhà xưởng - Mục tiêu vận hành kinh tế Từ phải tìm cách loại chúng Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác cho vấn đề này, giải pháp so sánh sở hai tiêu chuẩn sau để đánh giá: - Liên tục cung cấp điện - Chất lượng cung cấp điện Về tính liên tục cung cấp điện: Cách cung cấp nguồn dự trữ Một vài giải pháp kỹ thuật đảm bảo tính liên tục cung cấp điện: + Trong trình lắp đặt sử dụng vài nguồn khác tốt dùng nguồn + Chia nhỏ mạch tải mạch ưu tiên không ưu tiên, cần loại bỏ tải không cần thiết + Lựa chọn điểm nối trung tính + Lựa chọn phương pháp kết nối + Lựa chọn thiết bị bảo vệ theo cấp Những giải pháp bổ sung cho hạn chế cố phát sinh trình lắp đặt Tuy nhiên, phương cách bảo đảm tính liên tục cung cấp điện sử dụng nguồn dự trữ, tối thiểu để cung cấp cho tải ưu tiên Nguồn đảm bảo cung cấp điện sau thời gian chuyển đổi, phụ thuộc vào nguồn nuôi thời gian dự trữ cực đại Cần ý thời gian chuyển đổi dường bị gián đoạn, điều khơng chấp nhận được, việc loại bỏ thời gian bầng thiết bị chuyển mạch tĩnh sử dụng khả đóng ngắt cực nhanh thiết bị điện tử công suất Về chất lượng cung cấp điện: Phương pháp đề cập đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho phù hợp với phụ tải, hạn chế hậu cố, ổn định trình lắp đặt, dặc biệt cho tải ưu tiên cung cấp điện liên tục xảy cố nguồn 1.1.4 Ứng dụng UPS thực tế Hiện nhu cầu ứng dụng UPS lĩnh vực tin học, viễn thông, ngân hàng,y tế,hàng không lớn Số lượng UPS sử dụng gần 1/3 số lượng máy tính sử dụng Có thể lấy vài ví dụ thiết bị sử dụng UPS, máy tính, việc truyền liệu toàn thiết bị trạng thái quan trọng không cho phép điện UPS sử dụng ngành hàng không để đảm bảo thắp sáng liên tục đường băng sân bay Ứng dụng Thiết bị bảo vệ Hệ thống máy tính - Máy tính,mạng máy tính nói chung - Máy in,hệ thống vẽ đồ thị, bàn phímvà thiết bị đầu cuối Hệ thống máy tính - Bộ điều khiển lập trình, hệ thống điều khiển số, cơng nghiệp điều khiển giám sát, máy tự động 3.Viễn thông - Tổng đài điện thoại , hệ thống truyền liệu, hệ thống rađa 4.Ytế, công nghiệp - Dụng cụ y tế,thang máy,thiết bị điều khiển xác, thiết bị đo nhiệt độ, bơm plastic Chiếu sáng - Đường hầm, đường băng sân bay, nhà công cộng Các ứng dụng khác - Máy quét hình,cung cấp lượng cho máy bay Nói tóm lại UPS nguồn điện dự phịng có mặt chỗ nơi, đặc biệt nơi đòi hỏi cao yêu cầu cấp điện liên tục 1.2 PHÂN LOẠI UPS Do yêu cầu thiết bị mức độ nguồn điện liên tục chất lượng, UPS phân thành dịng sản phẩm cơng nghệ sau:UPS Offline (đơn thuần), UPS Offline công nghệ Line-interactive, UPS Online, UPS tĩnh, UPS quay Trong loại phổ thông UPS Offline, UPS Offline công nghệ Line-interactive, UPS Online lại UPS tĩnh, UPS quay sử dụng 1.2.1 UPS Offline Sơ đồ thể hai trạng thái làm việc UPS offline thông thường: - Ở trạng thái lưới điện ổn định nguồn tiêu thụ sử dụng điện trực tiếp lưới điện UPS lúc sử dụng nạp (charger) để nạp điện cách tự động cho ắc quy mà - Khi điện áp lưới điện không đảm bảo (quá cao, thấp) điện lúc mạch điện chuyển sang dùng điện cung cấp từ ắc quy inverter Hình1.3: Sơ đồ UPS Offline Qua nguyên lý phân tích ta thấy thời gian cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ mà bị gián đoạn Sự gián đoạn gây việc cung cấp nguồn điện khơng ổn định phía thiết bị tiêu thụ: Cũng qua sơ đồ, ta thấy UPS offline khơng có cơng dụng ổn áp chúng sử dụng điện lưới bình thường - đơn giản khơng có cố lưới điện thiết bị phía sau UPS đơn nối trực tiếp với lưới điện thông qua rơ le (phần bypass sơ đồ trên) Có vẻ nhiều người cho UPS ln tích hợp sẵn cơng dụng ổn áp phải khơng? Đúng có tính ổn áp, loại UPS offline - mà loại UPS online 1.2.2 UPS offline với công nghệ Line interactive Khắc phục nhược điểm loại UPS offline thông thường loại UPS offline công nghệ Line interactive Do tích cực nguyên lý hoạt động nên chúng lại có giá thành cao so với loại UPS offline thơng thường Như UPS offline cơng nghệ line interactive so với loại UPS offline thơng thường? Hình 1.4: UPS offline cơng nghệ Line interactive Đó biến áp Biến áp chất giống loại biến áp tự ngẫu trước mà nhiều người dân Việt Nam sử dụng (thời điểm trước xuất ổn áp nội địa hiệu LiOA chiếm lĩnh thị trường): Có nghĩa điện áp lưới điện thấp hay cao phải chạy đến chỗ biến áp tự ngẫu để xoay xoay, vặn vặn Ở vậy, chúng khơng "ổn áp" để tự động xoay mà lại sử dụng nấc chuyển mạch để thay đổi mức điện áp có cách để tự động thực việc Ta biết điện áp xoay chiều mà ta thường dùng thay đổi biến áp cách thay đổi số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp Các biến áp tự ngẫu thường thay đổi số vòng cuộn dây đầu vào tức cuộn sơ cấp để thay đổi điện áp đầu Ở đây, theo hình phía trên, ta dễ nhận thấy nhánh cung cấp điện trực tiếp cho thiết bị tiêu thụ thông qua biến áp tự ngẫu (sơ đồ vẽ khơng xác biến áp tự ngẫu đâu, ta nên hiểu biến áp tự ngẫu) Ở có trường hợp sau: - Trong trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường, có nghĩa chúng xấp xỉ thông số đầu lưới điện địa phương bạn mạch UPS hoạt động khung hình phía - bên trái có nghĩa biến áp tự ngẫu lúc có số vịng dây sơ cấp thứ cấp, khơng có can thiệp vào điện áp đầu - UPS hoạt động giống loại UPS offline thông thường - Trong trường hợp điện áp lưới thấp so với điện áp chuẩn, biến áp tự ngẫu chuyển mạch sang nấc khác, làm cho điện áp đầu đảm bảo thông số yêu cầu Trong trường hợp điện áp lưới điện cao so với thông số chuẩn trường hợp - Trong trường hợp điện lưới UPS offline công nghệ Line interactive chuyển mạch giống loại UPS thông thường: tức chúng ngắt nhánh qua biến áp tự ngẫu chuyển sang sử dụng nhánh ắc quy với inverter UPS offline theo công nghệ line interactive tiến loại UPS offline truyền thống: Chúng ổn định điện áp so với việc khơng có chút chức ổn áp loại offline truyền thống nói Sơ đồ hồn tồn thuộc loại biến áp tự ngẫu thơng thường, có nghĩa chúng có cuộn dây đầu khác Vậy chúng chuyển mạch cách nào? Tất nhiên qua rơ-le Một UPS cơng nghệ Line-Interactive nhận thấy chúng có khoảng rơ-le, lớn nằm phía sau máy, bốn cịn lại mạch in Rơle mạch điện UPS điều khiển chúng Nếu sử dụng UPS loại ta dễ nhận thấy chúng phát tiếng kêu lách tách nhỏ làm việc rơle 10 - Tranzito loại pnp làm Si - Điện áp Colecto Bazơ hở mạch Emito: UCBO =25(v) - Điện áp Emito Bazơ hở mạch Colecto: UEBO =7(v) - Dòng điện lớn Colecto chịu đựng : IC max = 100 (mA) - Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : Tcp =1500 C - Hệ số khuếch đại : = 250 - Dòng cực đại Bazơ : IB = = = 0,4(mA) Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào bazơ tranzito Trl chọn sau: Chọn R2 thoả mãn điều kiện : R2 = 30 ( k ) Chọn R2 = 30 ( k Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : UA = (V) Điện trở R1 để hạn chế dịng điện vào khuếch đại thuật tốn A , chọn R1 cho dòng vào khuếch đại thuật tốn Iv < 1mA Do đó: R1> = =9(K ) Chọn R1 = 10 ( k ) 4.3.8 Khối nguồn nuôi mạch điều khiển Mạch điều khiển đòi hỏi nguồn cung cấp điện áp chiều, trị số ổn áp độ ổn định tuỳ thuộc vào khâu mạch Cần thiết kế loại nguồn sau: - Nguồn khơng địi hỏi độ ổn định cao sử dụng mạch chỉnh lưu lọc tụ điện không cần ổn áp cung cấp cho khâu đồng pha, khâu khuếch đại công suất 74 - Nguồn chiều ổn áp dùng IC ổn áp cấp nguồn cho vi mạch khuếch đại thuật toán, IC logic 4.3.8.1 Khối nguồn ni IC ổn áp Hình 4.13: Sơ đồ khối nguồn ổn áp + Các linh kiện sử dụng mạch: - UA 7812 có: Điện áp đầu vào : ÷35V Dịng điện đầu :0 ÷1A Điện áp E=12V - UA7912 có : Điện áp đầu vào : ÷35V Dịng điện đầu : ÷1A Điện áp E= -12V - Chọn tụ lọc C1= C2 = 1000μF, C3 = C4 =100 μF - Chọn cầu chỉnh lưu có I = 1A; U = 50V 4.3.8.2 Khối nguồn cho đồng pha biến áp xung Biến áp nguồn nuôi biến áp đồng pha dùng chung cuộn sơ cấp Do ta sử dụng máy biến áp nguồn môt pha với cuộn sơ cấp nhiều cuộn thứ cấp, cuộn thực chức riêng Cuộn 0V-12V-24V sử dụng làm 75 cuộn đồng pha với tín hiệu nguồn, cuộn 0V-18V-36V sử dụng làm nguồn nuôi mạch điều khiển 4.3.8.3 Tính tốn máy biến áp nguồn: Hình 4.14: Sơ đồ biến áp nguồn - Khối nguồn ±12 cấp cho khuyếch đại thuật tốn, I1 = 500mA Cơng suất nguồn nuôi là: - Khối nguồn đồng pha 0V – 12V – 24V, I2 = 500mA Công suất nguồn đồng pha là: P2 = U2.I2 =24.0,5 = 12 (W) - Công suất máy biến áp là: P=P1+P2=18+12=30(W) - Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: I1 = = = 0,136 (A) - Tiết diện lõi thép mạch từ: 76 S= = 0,22 (cm2) = Ta chọn lõi thép có tiết diện S = 0,9cm2, làm thép kỹ thuật điện dày 0,2mm, gồm thép hình chữ Ш chữ I ghép lại với nhau: Theo cơng thức kinh nghiêm tính số vịng/vơn: n0 = (với k = 40÷60 hệ số máy biến áp, lấy k = 50) Suy ra: n0 = = 56 (vịng/vơn) - Số vịng dây cuộn sơ cấp là: W1 = n0.U1 = 56.220 = 12320 (vòng) - Số vòng dây cuộn thứ cấp là: Cuộn 12V: W21 = W22 = n0.U = 54.12 = 648 (vòng) Cuộn 18V: W23 = W24 = n0.U = 54.18 = 972 (vòng) - Dòng điện cuộn thứ cấp: I21 = I22 = I1 = I1 = 0,136 = 2,59 (A) I23 = I24 = I1 = I1 = 0,136 = 1,72 (A) - Tiết diện dây quấn: Cuộn sơ cấp: S1 = = 0,05 (mm2) = Cuộn 12V: S21 = S22 = = = 0,86 (mm2) Cuộn 18V: S23 = S24 = = = 0,57 (mm2) (chọn J = 3A/mm2) - Đường kính dây quấn là: 77 Cuộn sơ cấp: d1 = = = 0,25 (mm) Cuộn 12V: d21 = d22 = = = = 1,05 (mm) = = = 0,85 (mm) Cuộn 18V: d23 = d24 = - Tra sổ tay “thơng số dây dẫn tiết diện trịn” ta chọn dây sau: Dây sơ cấp: d = 0,25mm, Scu = 0,049mm2, R=0,366 /m, Dn = 3mm Cuộn 12V: d = 1,08 mm, Scu = 0,916mm2, R=0,018 /m, Dn = 1,19 mm Cuộn 18V: d = 0,86 mm, Scu = 0,5809mm2, R=0,029 /m, Dn = 0,95 mm 4.4 HỆ THỐNG MẠCH PHẢN HỒI 4.4.1 Nguyên lí hệ thống mạch phản hồi Trong trình nạp ắcquy sức phản điện động ắcquy tăng lên điện trở ắcquy giảm đi, trình nạp với dịng khơng đổi áp khơng đổi ta phải có nguyên tắc điều khiển phù hợp nhằm ổn định dòng điện điện áp tương ứng với trình nạp 4.4.1.1 Nạp với dịng điện khơng đổi Khi nạp với chế độ dịng điện khơng đổi, dịng điện ổn định giá trị mong muốn mạch hồi tiếp âm dịng điện 78 Hình 4.15: Sơ đồ nạp chế độ dịng điện khơng đổi Ta có: Uđk = Ucđ - Uht = U0+Uss-Uht Trong đó: U0 : Điện áp tạo góc mong muốn ( góc mở chỉnh lưu khơng tải ) U0 = const Uss: Điện áp chuẩn để so sánh, Uss = const Uht: Điện áp hồi tiếp, Uht =Id.Rs Id: Dịng điện cần giữ khơng đổi q trình nạp Rs: Điện trở sun có tác dụng biến dịng điện cần hồi tiếp thành điện áp, ta phải tính tốn Rs cho dịng Id đạt giá trị ổn định mong muốn Uht =Uss Chức mạch: Mạch hồi tiếp âm dịng điện có chức thay đổi góc điều khiển α - thay đổi điện áp đầu chỉnh lưu nhằm trì dịng điện không đổi mạch tải tải thay đổi Quá trình hoạt động mạch: Khi đóng nguồn, ban đầu Ud nhỏ nhỏ Uht < Uss góc điều khiển dịng Id Udk =U0 + Uss – Uht > U0, qua so sánh Uđk > U0 giảm tăng Ud làm cho dòng điện Id tăng Đến Id đạt trạng thái ổn định mong muốn U ht = Id.Rs =Uss lúc Uđk = U0 ổn định giữ cho dịng điện khơng đổi 79 Giả sử q trình hoạt động, ngun nhân làm cho dòng điện Id tăng giá trị mong muốn, lúc Uht = Id.Rs > Uss làm cho Uđk tăng, điều làm cho góc điều khiển tăng điện áp Ud giảm làm giảm dòng Id đến giá trị ổn định mong muốn 4.4.1.2 Nạp với điện áp không đổi Tương tự phương pháp nạp với dịng khơng đổi, phương pháp nạp với điện áp không đổi, điện áp ổn định nhờ mạch hồi tiếp âm điện áp Ở mạch hồi tiếp âm điện áp, điện áp hồi tiếp lấy qua chiết áp Hình 4.16: Sơ đồ nạp chế độ điện áp khơng đổi Ta có: Uđk = Ucđ - Uht = U0 + Uss - Uht Trong đó: U0 : Điện áp tạo góc mong muốn (góc mở chỉnh lưu không tải) U0 = const Uss: Điện áp chuẩn để so sánh, Uss= const Uht: Điện áp hồi tiếp, Uht = k.Ud Ud : Điện áp cần giữ khơng đổi q trình nạp k : Hệ số phản hồi điện áp, ta phải tính tốn k cho điện áp U d đạt giá trị ổn định mong muốn : 80 Uht =Uss , k = R1 R2 R2 Chức mạch : Mạch hồi tiếp âm điện áp có chức thay đổi góc điều khiển - thay đổi dịng điện đầu chỉnh lưu nhằm trì điện áp khơng đổi mạch tải tải thay đổi Quá trình hoạt động mạch: Khi đóng nguồn, ban đầu Ud nhỏ Uht < Uss Uđk =U0 +Uss - Uht > U0 , qua so sánh Uđk > U0 góc điều khiển giảm Ud tăng Điều chỉnh chiết áp Ud đạt trạng thái ổn định mong muốn Uht = k.Ud = Uss lúc Uđk = U0 ổn định giữ cho điện áp không đổi Giả sử trình hoạt động, nguyên nhân điện áp Ud tăng giá trị mong muốn, lúc Uht = k.Ud > Uss làm cho Uđk tăng, điều làm cho góc điều khiển tăng điện áp Ud giảm đến giá trị ổn định mong muốn 4.4.2 Bài toán điều khiển nạp ác qui Trong trình nạp ắcquy, ta cần thực cơng việc sau: - Đóng nguồn điện vào mạch nạp điện áp ngăn ắcquy sụt xuống 1.8V ngăn - Tiến hành nạp chế độ dòng không đổi điện áp ngăn ắc quy từ 1.8V đến 2.5V - Khi điện áp ngăn ăcquy đạt tới 2.5V tiến hành nạp với chế độ áp không đổi - Khi điện áp ngăn ăcquy đạt tới 2.7V mạch lực tự ngắt khỏi nguồn 81 4.4.3 Tính tốn mạch phản hồi 4.4.3.1 Mạch hồi tiếp âm dịng điện Hình 4.17: Sơ đồ mạch hồi tiếp âm dòng điện Uht lấy từ điện trở sun, điện trở sun tính tốn cho dịng điện cần ổn định Id =35,08 A sụt áp điện trở sun Us = Uht = Uss = 3V Vậy ta có Rs = 3/35,08 = 0,086 Ta có: Ucđ = Uss + U0 Trong đó: - Uss =3V - U0 điện áp điều khiển dòng nạp Id =35,08 A Ở chương trước ta tính tốn nạp với dịng khơng đổi =75o, ứng với = 180o điện U0 =12V, = 75o U0 = 5V Từ ta có: Ucđ = + = V Mạch phản hồi thực chất mạch trừ thực hàm Uđk = Ucđ -Uht Ta có: Uđk = K1.Ucđ - K2.Uht K1=R4/R3, K2=R2/R1 Vậy chọn R4 = R3 , R2 = R1 ta thực hàm Uđk = Ucđ - Uht Chọn khuyếch đại thuật toán loại TL084 với Ilv < 1mA ta có: 82 R1=R2 > Uv/Iv = 3/10-3 = 3k Chọn R1 = R2 = k R4=R3 > Uv/Iv = 8/10-3 = 8k Chọn R3 = R4 = k 4.4.3.2 Mạch hồi tiếp âm điện áp Tương tự mạch hồi tiếp âm dòng điện, mạch hồi tiếp âm điện áp lấy điện áp hồi tiếp từ mạch phân áp Chiết áp chọn cho điện áp cần ổn định Ed = 120V Uht = 3V Chọn chiết áp có R=100 k , ta có: = ↔ = -> R = 2,5 k Hình 4.18: Sơ đồ mạch hồi tiếp âm điện áp Ta có: Ucđ = Uss+ U0 Trong đó: - Uss =3V - U0 điện áp điều khiển áp Ed =120V= const Khi nạp với dịng khơng đổi = 750 , ứng với =180o điện điện áp hai đầu cực ắcquy U0 =12V, = 750 U0 = 5V Từ ta có: Ucđ = 5+3 = 8V 83 Tương tự trên, dùng mạch trừ để thực hàm hồi tiếp Chọn khuyếch đại thuật toán loại TL084 với Ilv < 1mA ta có: R5 = R6 >Uv/Iv =3/10-3 = 3k Chọn R5 = R6 = k R7 = R8 > Uv/Iv = 8/10-3 = 8k Chọn R7 = R8 = k 4.4.4 Mạch điều khiển chế độ nạp Hình 4.19: Sơ đồ mạch điều khiển chế độ nạp Để điều khiển chế độ nạp ta cần có mạch điều khiển với nhiệm vụ sau: Khi điện áp ngăn ắcquy nhỏ 2,5V tiến hành nạp với chế độ dịng khơng đổi, điện áp ngăn ắcquy lớn 2,5V tiến hành nạp với áp khơng đổi Theo ta sử dụng so sánh đảo, so sánh điện áp cực ắcquy 12V với điện áp chuẩn, U aq < Uch đầu của so sánh mức cao theo điều khiển đóng khố điện tử K 1, mở khố K2, ngược lại Uaq >Uch mở khố K1 đóng khoá K2 K1,K2 hai khoá điện tử H060 Chọn tỉ lệ chiết áp đầu ắcquy R 1/R = 29/71 = 0,4 điện áp ngăn ăcquy 2.5V → ngăn ắcquy có điện áp 2,5 = 15 V suy điện áp chuẩn so sánh là: 15 0,4 = 6V Khi U ss < 6V khố K1 mở, Uđk1 đưa tới so sánh mạch chế độ nạp với dịng khơng đổi, lúc khố 84 K2 đóng Ngược lại, Uss > 6V tương ứng điện áp ngăn ăcquy >2,5V đầu so sánh mức thấp → K khoá K2 mở, mạch chế độ nạp với dịng khơng đổi 4.4.5 Mạch điều khiển tự động chống áp cho ácqui Yêu cầu quy trình nạp ắcquy: Khi điện áp ngăn ắcquy nhỏ 2V mạch tự động đóng nạp điện cho ắcquy, điện áp ngăn lớn 2,7V tự động ngắt nguồn Việc thực đóng cắt nhờ cuộn hút Contact T Do cuộn hút Contact T có dịng lớn chảy qua nên việc cấp nguồn vào cuộn hút thực qua tiếp điểm rơle trung gian Rtr, cuộn hút rơle trung gian điều khiển phần tử không tiếp điểm khoá điện tử K Khi điện áp ngăn ắcquy nhỏ 12V; qua chiết áp, điện áp điện áp so sánh là: Uss1 =12 0,4 = 4,8V Khi điện áp ngăn ắcquy lớn 2,7V điện áp ngăn ắcquy > 2,7 = 16,2V qua chiết áp, điện áp điện áp so sánh là: Uss2 = 16,2 0,4 = 6,48V Để thực hiện, ta sử dụng mạch Trigơsmit đầu vào khơng đảo có đặc tính : Hình 4.20: Mạch Trigơsmit đầu vào không đảo 85 Khi điện áp ngăn ắcquy giảm (đi theo đường 1), giảm 2V đầu TrigơSmit mức bão hồ dương khố K đóng cuộn hút R tr có điện, tiếp điểm Rtr đóng, cuộn hút T có điện tiếp điểm T mạch lực đóng lại cấp nguồn cho nạp Khi điện áp ngăn ắcquy tăng (đi theo đường 2), tăng 2,7V đầu Trigơsmit mức bão hồ âm khố K mở cuộn hút R tr khơng có điện, tiếp điểm Rtr mở cuộn hút T khơng có điện tiếp điểm T mạch lực mở ngừng cấp nguồn cho nạp Ta có Uss2 = 6,48V; Uss1 = 4,8V suy ra: U* = R1 R2 R2 Vref = (6,48 - 4,8)/2p +4,8 = 5,64 V Chọn R1= R2 = 1k Vref = 5,64/2 = 2,82 V Hình 4.21: Mạch điều khiển chống áp cho ácqui 86 KẾT LUẬN Qua mười bốn tuần làm việc em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ: “Thiết kế phần điện áp chiều cho UPS công suất 4KVA, điện áp 110KV” Trong trình làm đồ án giúp em nắm vững phần lý thuyết học có hiểu biết thực tế Mặc dù cố gắng nhiều hạn chế mặt kiến thức kinh nghiệm nên đề tài hồn thành khơng tránh khỏi sai sót chưa đầy đủ Em mong nhận thơng cảm góp ý thầy, Trong q trình làm đồ án em nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy, cô môn đặc biệt thầy giáo hướng dấn em, thầy ThS.Nguyễn Đoàn Phong, thầy giúp đỡ bảo em nhiều để em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cơ! Hải Phịng, ngày 10 tháng 10 năm 2012 Sinh viên Nguyễn Ngọc Ánh 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bính (2000), Điện tử cơng suất, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh (2003), Thiết kế máy biến áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phạm Minh Hà (1997), Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghị (2003), Phân tích giải mạch điện tử công suất Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Trần văn Thịnh (2000), Tính tốn thiết kế thiết bị Điện tử cơng suất, Nhà xuất giáo dục 88 ... Uba = Ur + UL sụt áp điện trở điện kháng máy biến áp sụt áp máy biến áp : Máy biến áp công suất cữ chục KVA thuộc loại MBA công suất nhỏ ,sụt áp điện trở khoảng 4%Ud , sụt áp cuộn kháng kho¶ng... nguồn điện trữ lượng điện dạng hoá Ắc qui nguồn điện chiều cung cấp điện cho thiết bị điện công nghiệp đời sống hàng ngày: động điện, bóng đèn điện, nguồn nuôi linh kiện điện tử nguồn cung cấp điện. .. cấp điện cho thiết bị tiêu thụ hoàn toàn liên tục có cố lưới điện Nguồn điện lưới lúc không cung cấp điện trực tiếp cho thiết bị, mà chúng biến đổi thành dòng điện chiều tương ứng với điện áp