Đồ án Thiết kế hệ thống nạp acquy tự động

Bình ắc qui được chia ra nhiều ngăn ,thường là 6 ngăn.Mỗi ngăn cho điện áp ra ở đầu cực là 2V .Như vạy nếu đem đấu nối tiếp cả 6 ngăn ắc qui với nhau ta sẽ có một bộ nguồn ắc qui là 12V. Cấu trúc của một ắc qui đơn gồm có phân cực dương, phân khối bản cực âm, các tấm ngăn.Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau. Cấu tạo của một bản cực trong ắc qui gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó. Khung xương của bản cực âm và bản cực dương có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì và có pha thêm 5  8 % ăng ti moang ( Sb ) và tạo hình mắt lưới . Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3 % chất nở ( các muối hưu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện được độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm . Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương củamỗiắcqui đơn được hàn với nhau tạo thành khối bản cực dương, các bản cực âm được hàn với nhau thành khối bản cực âm. Số lượng các bản cực trong mỗi ắc qui thường từ 5  8, bề dầy tấm bản cực dương của ắc qui thường từ 1,3 đến 1,5 mm , bản cực âm thường mỏng hơn 0,2  0,3 mm . Số bản cực âm trong ắc qui thường nhiều hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực. Tấm ngăn được bố trí giữa các bản cực âm và dương có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn được làm bằng vật liệu polyvinylclo bề dầy 0,8  1,2 và có dạng lượn sóng , trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phép dung dịch điện phân thông qua.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC -*** *** -*** ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên : Hoàng Vũ Hưng Lớp: Tự Động Hoá Khoá: 43 Khoa: Điện 1.Nhiệm vụ thiết kế : Thiết kế nguồn nạp ắcqui tự động .Các số liệu ban đầu: Uđm ắcqui: 5-50V; Dòng nạp định mức:50(A); Dòng nạp min:10(A); .Yêu cầu: Bộ nguồn phải đảm bảo chế độ :ổn dòng điện áp ắcqui thấp 0.95Uđmvà ổn áp Uaq đạt giá trị >o,95Uđm.Khi ắc qui đầy nạp phải ngắt 2.Nội dung phần thuyết minh tính tốn I Giới thiệu chung II Các phương án nạp III Sơ đồ nguyên lý IV Tính toán mạch lực V Tính tốn mạch điều khiển VI Kết luận VII Tài liệu tham khảo 3.Các vẽ: 4.Cán hướng dẫn: Phạm Quốc Hải Ngày tháng năm 2002 Chủ nhiệm môn (Ký ghi rõ họ tên) Cán hướng dẫn (kývà ghi rõ họ tên) CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUI I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUI ắc qui nguồn cung cấp điện chiều cho thiết bị điện công nghiệp đời sống hàng ngày Có nhiều loại ắc qui phổ biến thường gặp thực tế ắc qui chì ắc qui axit Đặc điểm cấu tạo ắc qui Bình ắc qui chia nhiều ngăn ,thường ngăn.Mỗi ngăn cho điện áp đầu cực 2V Như vạy đem đấu nối tiếp ngăn ắc qui với ta có nguồn ắc qui 12V Cấu trúc ắc qui đơn gồm có phân cực dương, phân khối cực âm, ngăn.Phân khối cực cực tên ghép lại với Cấu tạo cực ắc qui gồm có phần khung xương chất tác dụng trát lên Khung xương cực âm cực dương có cấu tạo giống nhau, chúng đúc từ chì có pha thêm ÷ % ăng ti moang ( Sb ) tạo hình mắt lưới Phụ gia Sb thêm vào chì làm tăng độ dẫn điện cải thiện tính đúc Trong thành phần chất tác dụng cịn có thêm khoảng % chất nở ( muối hưu ) để tăng độ xốp, độ bền lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện độ thấm sâu chất dung dịch điện phân vào lịng cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học cực tăng thêm Phần đầu cực có vấu, cực dương củamỗiắcqui đơn hàn với tạo thành khối cực dương, cực âm hàn với thành khối cực âm Số lượng cực ắc qui thường từ ÷ 8, bề dầy cực dương ắc qui thường từ 1,3 đến 1,5 mm , cực âm thường mỏng 0,2 ÷ 0,3 mm Số cực âm ắc qui thường nhiều số cực âm nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng cực Tấm ngăn bố trí cực âm dương có tác dụng ngăn cách tránh va đập cực Tấm ngăn làm vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8 ÷ 1,2 có dạng lượn sóng , bề mặt ngăn có lỗ cho phép dung dịch điện phân thơng qua Q trình biến đổi lượng ắc qui ắc qui nguồn lượng có tính chất thuận nghịch : tich trữ lượng dạng hố giải phóng lượng dạng điện Quá trình ắc qui cấp điện cho mạch ngồi gọi q trình phóng điện, q trình ắc qui dự trữ lượng gọi trình nạp điện 2.1 Quá trình biến đổi lượng ắc qui axit Kí hiệu hố học biểu diễn ắc qui axit có dung dich điện phân axit H2SO4 nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3 % cực âm Pb cực dương PbO2 có dạng : (- ) Pb H2SO4 d = 1,1 ÷ 1,3  PbO2 ( + ) Phương trình hố học biểu diễn q trình phóng nạp ắc qui axit : phóng PbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O nạp Thế điện động e = 2,1 V 2.2 Quá trình biến đổi lượng ắc qui kiềm Kí hiệu hố học biểu diễn ắc qui kiềm có dung dich điện phân KOH nồng độ d = 20 % cực âm Fe cực dương Ni(OH)3 có dạng : ( - ) Fe KOH d = 20%  Ni(OH)3 ( + ) Phương trình hố học biểu diễn q trình phóng nạp ắc qui kiềm : phóng Fe + 2NI(OH)3 Fe(OH)3 + 2Ni(OH)2 nạp Thế điện động e = 1,4 V Nhận xét : Từ điễu trình bầy ta nhận thấy trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân thay đổi Khi ắc qui phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Khi ắc qui 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 qui Các đặc tính ắc qui Sức điện động ắc qui chì ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm Eo = 0,85 + ρ (V) đó: Eo - sức điện động tĩnh ắc qui ( V ) - nồng độ dung dịch điện phân 15 °C ( g/cm3 ) Trong q trình phóng điện sức điện động ắc qui tính theo cơng thức : Ep = Up + Ip.rb : Ep - sức điện động ắc qui phóng điện ( V ) Ip - dịng điện phóng ( A ) Up - điện áp đo cực ắc qui phóng điện (V) rb - điện trở ắc qui phóng điện ( Ω ) Trong trình nạp sức điện động En ắc qui tính theo cơng thức : En = Un - In.rb : En - sức điện động ắc qui nạp điện ( V ) In - dòng điện nạp ( A ) Un - điện áp đo cực ắc qui nạp điện (V) rb - điện trở ắc qui nạp điện ( Ω ) Dung lượng phóng ắc qui đại lượng đánh giá khả cung cấp lượng ắc qui cho phụ tải, tính theo cơng thức : Cp = Ip.tp : Cp - dung dịch thu q trình phóng ( Ah ) Ip - dịng điện phóng ổn định thời gian phóng điện ( A ) - thời gian phóng điện ( h ) Dung lượng nạp ắc qui đại lượng đánh giá khả tích trữ lượng ắc qui tính theo cơng thức : Cn = In.tn : Cn - dung dịch thu q trình nạp ( Ah ) In - dịng điện nạp ổn định thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h ) 3.1 Đặc tính phóng ắc qui Đặc tính phóng ắc qui đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp ắc qui nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng dịng điện phóng khơng thay đổi Từ đặc tính phóng ắc qui hình vẽ ta có nhận xét sau: Trong khoảng thời gian phóng từ = đến = tgh, sức điện động điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, nhiên khoảng thời gian độ dốc đồ thị khơng lớn, ta gọi giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với chế độ phóng điện ắc qui ( dịng điện phóng ) Từ thời gian tghtrở 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 (PbSO 4) tạo thành phản ứng có dạng thơ rắn khó hồ tan ( biến đổi hố học) q trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau Thời điểm tgh gọi giới hạn phóng điện cho phép ắc qui, giá trị Ep, Up, ρ tgh gọi giá trị giới hạn phóng điện ắc qui ắc qui khơng phóng điện dung lượng khoảng 80% - Sau ngắt mạch phóng khoảng thời gian nào, giá trị sức điện động, điện áp ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ ắc qui Thời gian hồi phục phụ thuộc vào chế độ phóng điện ắc qui( dịng điện phóng thời gian phóng ) 3.2 Đặc tính nạp ắc qui Nguồn A + - 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 dịng điện nạp khơng thay đổi Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét sau : - Trong khoảng thời gian từ tn = 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 (cịn gọi tượng" sôi " ) lúc hiệu điện cực ắc qui đơn tăng đến 2,4 V Nếu tiếp tục nạp giá trị nhanh chóng tăng tới 2,7 V giữ nguyên Thời gian gọi thời gian nạp no, có tác dụng cho phần chất tác dụng sâu lòng cực biến đổi tuần hồn, nhờ làm tăng thêm dung lượng phóng điện ắc qui - Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ ÷ h suốt thời gian hiệu điện cực ắc qui nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Như dung lượng thu ắc qui phóngđiện ln nhỏ dung lượng 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 hưởng lớn đến chất lượng tuổi thọ ắc qui Dòng điện nạp định mức ắc qui In = 0,1C10 Trong C10 dung lượng ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện định mức In = 0,1C10 sau 10 ắc qui đầy Ví dụ với ắc qui C = 180 Ah ta nạp ổn dịng với dòng điện 10% dung lượng ( tức In = 18 A ) sau 10 ắc qui đầy 4.Sự khác ắc qui chì ắc qui axit Cả hai loại ắc qui có đặc điểm chung tính chất tải thuộc loại dung kháng sức phản điện động Nhưng chúng cịn có số đặc điểm khác biệt sau : ắc qui axit ắc qui chì - Khả q tải khơng cao, dịng nạp lớn đạt tải Inmax = 20%C10 - Hiện tượng tự phóng lớn, ắc qui nhanh hết điện không sử dụng - Sử dụng rộng rãi đời sống cơng nghiệp, nơi có nhiệt độ cao va đập lớn đòi hỏi - Khả tải lớn dòng điện nạp lớn đạt tới 50%C10 - Hiện tượng tự phóng nhỏ cơng suất q tải vừa phải cao tải thường xuyên sử dụng với thiết bị công suất lớn - Dùng công nghiệp hàng không, hàng hải nơi nhiệt độ hoạt động - Dùng xe máy , ôtô, động máy nổ công suất vừa nhỏ - Giá thành thấp - Với khả ắc qui kiềm thường sử nơi yêu cầu công môi trường thấp - Giá thành cao 5.Các phương pháp nạp ắc qui tự động Có ba phương pháp nạp ắc qui + Phương pháp dòng điện + Phương pháp điện áp + Phương pháp dòng áp 5.1 Phương pháp nạp ắc qui với dịng điện khơng đổi Đây phương pháp nạp cho phép chọn dòng nạp thích hợp với loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui no Đây phương pháp sử dụng xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui nạp sử chữa cho ắc qui bị Sunfat hoá Với phương pháp ắc qui mắc nối tiếp phải thoả mãn điều kiện : Un ≥ 2,7.Naq Trong đó: Un - điện áp nạp Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc mạch Nhược điểm phương pháp nạp với dịng điện khơng đổi thời gian nạp kéo dài yêu cầu ắc qui đưa vào nạp có dung lượng định mức Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Phương pháp nạp với điện áp không đổi Phương pháp yêu cầu ắc qui mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện nguồn nạp khơng đổi tính ( 2,3 ÷ 2,5 ) V cho ngăn đơn Phương pháp nạp với điện áp khơng đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phương pháp ắc qui khơng nạp no Vì nạp với điện áp không đổi phương pháp nạp bổ xung cho ắc qui trình sử dụng Phương pháp nạp dòng áp Đây phương pháp tổng hợp hai phương pháp Nó tận dụng ưu điểm phương pháp Đối với yêu cầu đề nạp ắc qui tự động tức trình nạp trình biến đổi chuyển hố tự động diễn theo trình tự đặt sẵn ta chọn phương án nạp ắc qui phương pháp dòng áp Các trình nạp ắc qui tự động kết thúc bị cắt nguồn nạp nạp ổn áp với điện áp điện áp cực ắc qui, lúc dịng nạp từ từ giảm khơng Kết luận : - Vì ắc qui tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động ắc qui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp dịng điện ắc qui tự động dâng nên không kiểm sốt làm sơi ắc qui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vùng nạp ta phải tìm cách ổn định dịng nạp cho ắc qui Khi dung lượng ắc qui dâng lên đến 95% lúc ta tiếp tục giữ ổn định dịng nạp ắc qui sơi làm cạn nước Do đến giai đoạn ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp giữ ắc qui thực no Khi điện áp cực cuẩ ắc qui với điện áp nạp lúc dịng nạp tự động giảm khơng, kết thúc q trình nạp CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN NẠP ẮC QUI Nguồn điện dùng để nạp ắc qui phải nguồn chiều để thực nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học trước hết ta phải tạo nguồn chiều Sau giới thiệu số phương pháp tạo nguồn chiều I MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU Nhờ tượng cảm ứng điện từ khung dây quay từ trường khung dây xuất suất điện động cảm ứng sinh dịng điện, nhờ có phiếu góp đầu khung dây mà mạch ngồi có dịng điện chiều It Như để tạo nguồn chiều ta phải có máy phát điện chiều Việc thay đổi dòng điện điện áp chiều cách thay đổi công suất động sơ cấp II CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ÁP XOAY CHIỀU THÀNH ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Người ta dùng phần tử bán dẫn cơng suất diod, Thuyistor để tạo nguồn điện chiều Tuỳ theo phần tử sử dụng sơ đồ chỉnh lưu mà giá trị điện áp dòng điện chiều có giá trị khác Đặc biệt sơ đồ chỉnh lưu dùng phân tử bán dẫn cơng suất Thyristor, việc điều chỉnh góc mở người cho ta điều chỉnh dòng điện điện áp chiều cách dễ dàng Sau bảng tham số mạch chỉnh lưu Tham số Loại sơ đồ Udo Iv Ungma x I2 Id K ba uγ hγ Kđm 1,21 Sba Pd 3,09 Một pha 0,45U2 nửa chu kỳ Một pha 0,45U2 có điểm Một pha 0,45U2 sơ đồ cầu Id 1,41U2 1,57 0 1,57 Id/2 2,83U2 0,58 1,11 1,48 XaI d π 0,67 Id/2 1,41U2 1,11 1,11 1,23 0,67 2,45U2 0,47 0,58 1,35 2XaI π 3XaI d 2H Ba pha 0,45U2 hình tia Id/3 I1 Id 0,25 Ba pha sơ 0,45U2 đồ cầu Id/3 2,45U2 0,81 0,816 1,05 3Xa.I d π 0,057 Sáu pha 0,45U2 hình tia Id/6 2,83U2 0,24 0,58 1,56 0,057 Sáu pha có 0,45U2 cuộn khung cân Id/6 2,45U2 0,24 0,58 1,26 3Xa.I d 2π 3Xa.I d 0,057 Trong đó: Udo - Trị số trung bình điện áp chỉnh lu U2 Trị số hiệu dụng điện áp phe cuộn thứ cấp biến áp nguồn Iv Trị số trung bình dòng điện qua van Vngmax- Điện áp ngợc lớn mà van phải chịu I2 Trị số hiệu dụng đờng điện thứ cấp biến áp nguồn Id Trị số trung bình dòng sơ cấp biến áp nguồn I1 Trị hiệu dụng dòng sơ cấp biến áp nguồn k- hệ số biến áp nguồn Sba- Công suất tính toán máy biến áp nguồn Pd Công suất tính toán m¸y biÕn ¸p ngn ∆Uγ - sơt ¸p hiƯn tợng trùng gẫu gây Kđm - hệ số đập mạch điện áp chỉnh lu Trong mạch chỉnh lu đây, chỉnh lu diod chỉnh lu không điều khiển không phù hợp với toán nạp ắc qui, chỉnh lu sơ đồ cầu pha việc có tợng trùng dẫn đến điều khiển góc mở khó khăn Khi sử dụng mạch chỉnh lu hỗn hợp (cả thyristor diod) mạch có lợi công suất phía mạch điều khiển đơn giản Do toán nạp ắc qui không cần chế độ đảo chiều hay nghịch lu sử dụng sơ đồ chỉnh lu hỗn hợp hợp lý III LA CHN MCH LC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN So sánh nguồn chiều lấy từ máy phát điện chiều từ chỉnh lưu rõ ràng chỉnh lưu ưu việt hẳn giá thành rẻ, dễ điều chỉnh phổ biến Trong trường hợp ta chọn chỉnh lưu cầu pha không đối xứng Với mạch chỉnh lưu dùng thyristor, để điều khiển góc mở α dịch pha phát xung vào mở van thời điểm cần thiết Đồng thời ta lựa chọn dạng xung để đảm bảo việc mở van chắn tiết kiệm công suất mạch điều khiển xung ta chọn phương án sử dụng xung chùm Trong mạch điều khiển ta sử dụng hệ điều khiển đồng để đảm bảo tính ổn định cao dễ thay đổi thời điểm phát xung Sơ đồ khối mạch điều khiển pha xung: 10 R C Tính thơng số MBA mạch lực Với số liệu : U2 = 88V I2 = 46 A Ud0 =73,2V U1 = 220 F = 50Hz Công suất biểu kiến MBA S = U2 I2 = 88 46 = 4048 VA, chọn S= 4,1KVA Chọn công suất MBA 15KVA Dòng sơ cấp MBA: S 4100 BA I1 = U = 220 = 18,64( A) Tỉ số MBA :m= U2 /U1=88/220=0,4 18 CHƯƠNGV TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN I KHÂU KHUYẾCH ĐẠI CUỐI CÙNG VÀ BIẾN ÁP XUNG 1.tính biến áp xung Từ thơng số kỹ thuật Thyristor chọn T –150 ta có: R15 Điện áp điều khiển: Ug = 7V Ics +En Dòng điện điều khiển Ig = 0,3A Đây giá trị dòng áp thứ D7 cấp MBA xung Tỷ số biến áp xung thường chọn khoảng m = 1,2 ÷ R13 Ta chọn m =1,5 T1 Do giá trị dòng sơ cấp I g 300 T2 I = = = 200(mA) SC m D8 Ig D9 1,5 R14 Điện áp sơ cấp: R USC = Ug.m = 7.1,5 = 10,5V Chọn diod D1 D2 có ký hiệu:D – 1001 với thơng số : Itb = 800mA Vngmax = 100V Chọn vật liệu làm mạch từ cho BAX ferit (coi mạch từ làm việc phần tuyến tính) ta có : ∆B = 0,3 (T), ∆H = 30(A/m) khơng có khe hở khơng khí Nên độ từ thẩm trung bìng tương đối lõi sắt là: M TB = M TB = ∆B M ∆H 0,3 1,25.10 −6 30 M0 từ độ thẩm khơngkhí = 8000( A / m) Chọn độ lệch điện =3 ⇒ f=3Khz ⇒ độ rộng điều khiển xung t Χ =167µs Có độ sụt biên độ xung Sx =0,15 ⇒ thể tích lõi sắt từ M tb M t X U I 8.10 31,25.10 −6.167.10 −6.0,15.10,5.0,2 Sx = = 5,845.10 −6 m V=Q.L= 2 ∆B 0,3 -6 ⇒ V=5,845.10 (m ) Tra bảng BII.2(sách ĐTCS) chọn V=9,22 m 3,có thông số ( ) sau: Q=0,92 m2; C=4,8cm; H=4,2cm; a =1,2cm; h=3cm; c=1,2cm; Số vòng dây cuộn sơ cấp F tiết diện mạch từ lấy 0,92cm2 tx độ rộng xung,có tx =167µss Vậy số vịng dây sơ cấp : w1 = B=1cm; U 1t X 10,5.167.10 −6 = = 63,5 (vòng).Lấy =64 vòng ∆B.Q 0,3.0,92.10 − 19 w 64 = 43 (vòng) Số vòng cuộn thứ cấp: w = = m 1,5 Giá trị dịng trung bình sơ cấp BAX I sctb =I Sc tX T = 200 167.10 −6 = 18,3mA − 20.10 167.10 −6 = I tc = 300 = 27,4mA Giá trị dịng trung bình ỏ thứ cấp BAX I tctb T 20.10 −3 tX Chọn mật độ dòng điện J=2,5A/mm2 ⇒ Tiết diện dây quấn sơ cấpS1 =S/( U1 J1)= I1 /J1; 4S I 1 = 0,0183 = 0,097mm; d = = Đường kính dây sơ cấp π π J 3,14.2,5 4S I 2 = 0,0274 = 0,118mm; d = = Đường kính dây thứ cấp π π J 3,14.2,5 2.tính khâu khuếch đại xung Theo phần tính tốn ta có điện áp rơi cuộn sơ cấp BAX là: USC =10,5V; ISC =200mA; Chọn nguồn cung cấp cho BAX +En=24V Với nguồn +24V ta phải mắc thêm điện trở R15 ;Giá trị R15 chọn cho USC >10,5V; IT2 10,5V; (En- USC )/ R15 R14=UBE2/Ib2=0,8/0,02=40 Ω Chọn diod D7 loại 1N4009 với thông số Iđm = 10mA Ungmax = 25V Umở=1(V) UAND = 14,5V mức điện áp lôgic phần tử AND I1 = 0,66mA xác định phần 20 U 14,5 and = 2197( Ω ) = 21,97 KΩ Vậy R13 = I = 0,66.10 −3 Chọn R5 = 22KΩ II TÍNH CHỌN CỔNG AND Dùng IC 4081 họ CMos có cổng AND với thơng số: Điện áp mức :14,5V Dịng Uc hay Ud=Uc- Ur T=1/f=3,33.10-4 (s) mà T=2.R9.C2ln(1+2.R11/R10) tx -Ubh 1 T = 2.200.10 −6 = 2500 Hz = 2,5 KHz Chọn R11=R10=10KΩ T=2.R9.C2.ln3=3,33.10-4 21 Chọn tụ C2 =0,02µF 3,33.10 −4 = 7575Ω R9 = 2.0,02.10 −6 ln Chọn R9=7,6kΩ Chọn diod D5 thuộc nhóm D-1001 có I=1A; Ung=200V; IV TÍNH KHÂU ĐỒNG PHA R1 Uđp D1 ~220V + - D2 +E A1 R2 R4 T R3 Ud Khi cấp nguồn 220V xoay chiều cho phần sơ cấp MBA đồng pha có điện áp thứ cấp chỉnh lưu hai nửa chu kỳ 2diod D D2 Giả sử thời điểm ban đầu t=0 nửa chu kì đầu điện áp dương đặt D1 ,D1 thơng ,D2 khố Nửa chu kì sau thời điểm t2 điện áp xoay chiều đảo dấu D2 thơng,D1 khố Vậy điệnáp chỉnh lưu điện áp nửa hình sin Điện áp đưa vào cửa cộng khuyết thuật toán A1 so sánh với tín hiệu đặt Ud Khi Ucl > Uđ điện áp A1>0, D3 khố khơng có tín hiệu vào A2 Kh Ucl < Uđ UA1 Ud = Umax Sin80 = 12.sin80=1,67 (V) ,chọn Ud=1,7(V) E R vậy, Ud = Ur3 = R + R = 1,7 R4 E => R = 1,7 − = 7,8V Chọn R3=1,5k;R4=11,7k Chọn R1,R2 để có Ivao12k Chọn R1=R2=15k; chọn D1 , D2 loại diod D – 1001 có thơng số Iđm = 1A Ungmax = 200V 22 Uđp Vm t Ucl Ud t U1 +Ubh t -Ubh V TÍNH KHÂU RĂNG CƯA ->{tn}tp->} Dz +E VR U1 D3 R31 α C1 wt _ Ur + A2 UDZ wt θ0 θ1 θ2 23 Tín hiệu A1 đưa vào trừ A2 Khi U1 >0, D3 khố, C1 phóng điện từ + E qua VR1 qua C1 âm nguồn A2 Khi U1 C.VR1=15(ms); C.VR1 C.VR1 9,1.15 chọn C1=0,47 µF=>VR1=32k Điện áp trước nạp =điện áp sau phóng = 0V U sat − ∆U d 13 − 0,7 12,3 = = R5 R5 R5 U sat Tn θ2 Điện áp Uc sau nạp =9,1V= C ∫θ1 in dt + = C R 1 Chọn OA2 µA741 với Usat=+15V=>In= thay số có R5=2,6.103,Chọn R5=3k Chọn D3 loại D-1001 với Ung=200V;I=1A; VI TÍNH CHỌN TẦNG SO SÁNH Chọn khuếch đại thuật tốn 0A3là µA741 có Uv=15V,Ecc=15V Urc Urc Uđk R6 R7 + U3 A3 Uđk t t 24 Chọn R6 ,R7 cho dòng vào nhỏ 1mA =>R6,R7>15/10-3 =15 K Ω chọnR6=R7=22 K Ω VII.TÍNH KHÂU ĐIỀU KHIỂN THEO DỊNG VÀ ÁP 1.ngun lý điều chỉnh Do đòng điện điện áp mạch thường bị thay đổi nên mạch đièukhiển cần phải có khâu tự động ổn định dịng áp trình nạp ắcqui.Lúc đầu ta nạp ắc qui với I=Iđm Để ổn định dịng q trình nạp ta sử dụng điện trở sun (Rs) để lấy tín hiệu phản hồi từ mạch nạp (mạch lực) Tín hiệu khuyếch đại qua khuyếch thuật tốn 0A5 Tín hiệu qua A05 trộn với tín hiệu đặt U đI giá thị tính tốn phụ thuộc vào dịng điện nạp I đm Tín hiệu phản hồi dịng Uđk qua 0A6 tín hiệu điều khiển Uđk dùng để so sánh với Urc khâu so sánh OA 3của mạch điều khiển để thay đổi góc mở thyristor ổn định dòng điện nạp Khi điện áp ắc quy đạt giá trị điện áp =0,95dung lượng định mức mạch chuyển sang chế độ nạp ổn áp nhờ tín hiệu từ mạch phản hồi Upa, tín hiệu so sánh với giá trị đặt 0A7 cho Unạp < 0,95Uđm tín hiệu khỏi 0A7 âm, tín hiệu tác động để khố khố CM1 đồng thời qua phần tử NOT để mở CM1 đưa tín hiệu điều khiển vào 0A3 để mạch nạp theo chế độ ổn định dòng điện Ngược lại Unạp =0,95 Uđm tín hiệu khỏi 0A7 dương, tín hiệu khố CM2 mở CM1 để mạch nạp theo chế độ ổn áp Tín hiệu phản hồi áp Upa trộn với giá trị đặt Uđa để đưa vào cửa đảo 0A7 Tín hiệu khỏi 0A7 tín hiệu điều khiển đưa vào 0A3 để so sánh với Urc ổn định điện áp nạp 25 Id Rs R2 20 R1 R2 30 R20 R21 A5 R1 70 + A6 - R24 +E R R2 CM Uđ k Rcb R2 60 VR R34 -E A8 vR3 U d Rpa R2 90 Upa C5 Rpa R3 20 R3 00 R33 A7 -E vr5 CM 10 R3 10 2.Xét khâu điều khiển theo dòng Trên mạch lực dùng điện trở sun 25A - 75mV ghép nối tiếp nhau(để có R S 50A150mV) để lấy tín hiệu phản hồi dịng Với dịng nạp định mức Im = 50 A điện áp phản hồi qua Rs Us = Im 150 U s = 50 = 150(mV ) Is 50 Dòng nạp cho c quy In = U n E ăaq Răaq Trong Eăq suất điện động ắcqui, Raq:tổng điện trở ắcqui=0,1.3=0,3Ω Mỗi bìnhắc qui có ngăn (mỗi ngăn có sđđ ban đầu 1,95V) Với Uđm =50V ta nạp cho bình ắcqui noi tiếp Eăq =3 1,95 = 35,1 (V) 26 Như điện áp cần thiết cho nguồn nạp ban đầu là: Un = Răq Iđm + Eăq = 0,3 50+35,1=50,1(V) Từ giá trị góc mở α tương ứng là: Un = πU n U π 50,1 (1 + cos α ) = 50,1 ⇒ cos α = −1 = − = 0,265 π 2U 2 88 →α = 74,650.chọn α=750 Urcmax=9,1V, α=750=>Uđi={1-(750-80)/(1800-160)}.9,1=5,4V Tín hiệu phản hồi qua OA5 khuếch đại lên k lần,có : Uđk=k1.Uđi+k2.UOA5 ,(với UOA5=-kUS); Chọn k1=k2=>lấy R23=R24=R25=RCB=10K Uđk=Uđi-UOA5 E.R26 VR4 Có Uđi =5,4V= VR + R → R = 1,78 Chọn R26=1,5kVR4=2,7k 26 26 Chọn R21=k.R20;R22=k.R19=>Có UOA5=-kUS =>5,4=k.150.10-3 =>k=36 Vậy ta có R21=36R20;R22=36R19=>chọn R19=R20=1k; R21=R22=36k Chọn khố chuyển mạch CM1,CM2 có ký hiệu 4066B Quad Bilateral Switches Xét khâu điều khiển theo áp Khi điện áp đạt giá trị =0,95 dung lượng định mức(=0,95.50=48V) chuyển sang chế độ nạp ổn áp với điện áp nạp = điện áp định mức =50V Ud= 2U (1 + cosα ) = 50 → cos α = π 50 − = 0,262 ⇒ α = 74,8 ≈ 75 π 88 Để điều khiển góc α 750  α − 80  − =>Uđk=  0  180 − 16   75 − .U RC max = 1 − 0   180 − 16  9,1 = 5,38  Có Uđk=-k1.UđA7-k2.UP.a; LấY K1=K2=1=>R32=R29=R30=10k; =>Uđk=-(Uđ7+UP.a) ; − E.R VR 31 =>Uđ7 =-10,76= VR + R → R = 0,4 ; chọn R31=2,5k=>VR5=1k; 31 31 UPa=-(Uđ7+U.đk)=-(-10,76+5,38)=5,38= U n R R pa pa + R pa1 → R pa1 R pa Chọn RPa2=1,5k=>RPa1=12,45k(lấy =12,5k); D12 VIII.XÁC ĐỊNH KHÂU TỰ ĐỘNG NGẮT Upa R3 R3 R3 Udo En R T5 A9 R3 60 +E = 8,3 R3 27 Khi giá trị điện áp ắc quy vượt giá trị định mức (đạt 1,33 U đm) mạch nạp phải dừng Tín hiệu Upa lấy từ mạch nạp đưa vào so sánh với giá trị điện áp đặt Uđo Khi Upa < 1,33Uđm, giá trị điện áp đầu A9 âm (-Ubh) tức điện áp âm đặt lên bazơ T5 ⇒ T5 khố Khi Upa > 1,33 Uđm điện áp đầu A9 dương T5 dẫn, cuộn dây Rơle bảo vệ R có điện làm tiếp điểm thường đóng mở cắt mạch nạp khỏi nguồn cung cấp ,q trình nạp dừng lại Theo tính tốn phần 9, Upadm = 5,38V Nên Upadừng = 1,33 5,38 =7,2 (V) Chọn R35 = R36 = 10 K Ω E.R39 R 38 Uđ0=UPadung=5,38= R + R → R = 1,8 39 39 38 Chọn R39 = 2,5 KΩ R38 =4,5 KΩ Chọn R37 = 10 KΩ Chọn diod D12 diod D1001 có thơng số Iđm = 1A; Ungmax= 200V; Chọn T5 C828 có thơng số : IEC = 300mA; UEC= 35V; β = 10÷ 30 Rơ le có thống số: điện áp chiều U = 24V , R = 500 Ω IX.TÍNH NGUỒN NI 7815 D11 D13 D12 D14 +E= +15V C6 C3 C7 C4 7915 -E= -15V Ta cần tạo nguồn điện áp + 15V để cung cấp cho BAX ,nuôi IC, điều chỉnh dòng điện ,điện áp.để ổn định điện áp nguồn nuôi ta sử dụng vi mạch ổn áp 7815và 7915.Các thông số vi mạch : Điện áp đầu vào :Uv=17,5 ÷ 30V Điện áp ra: Ura =15v với IC 7815 28 Ura=-15V với IC 7915 Dịng điện ra: Ira=0,75÷ 1,5(A) tụ C6,C7 dùng để lọc sóng hài bậc cao=>chọn C6=C7=1000µF Tụ C3,C4 dùng để lọc nhiễu =>chọn C3=C4=0,1µF -Chọn điơt cho chỉnh lưu nguồn nuôi Chọn thông số thứ cấp biến áp nguồn ni I2=0,75A,U2=20V; Dịng điện hiệu dụng qua điơt :Iđhd=I2/ =0,75/ =0,53(A) Dịng qua tải ID=I2/2=0,75/2=0,375(A) Trị số trung bình dịng qua van Iv=Id/2=I2/(1,11.2)=0,75/2,22=0,34(A) điệnáp ngược lớn mà điôt phải chịu : Ungmax=1,41.U2=1.41.20=28,2V =>chọn điơt có dịng định mức :Iđm>ki.ID=1,4.0,375=0,53(A) có điện áp ngược lớn nhất:Un>ku.Ungmax=1,6.28,2=45,12(V) Chọn điơt loại d-1001 có thơng số :Iđm=0,8A; Ung=100V X.TÍNH BA ĐỒNG PHA ,BA NGUỒN NI,BA CƠNG SUẤT Ta có BA đồng pha :U=12-12V;I=0,1A=>P1=24.0,1=2,4w BA nguồn ni :U=20-20V;I=0,75A =>P2= 40.0,75=30W BA công suất :U=24V;I=0,2A=>P3=24.0,2=4,8W; Công suất tổng :P=P1+P2+P3=2,4+30+4,8=37,2W; Cơng suất MBA có kể dến 5% tổn thất máy :S=1,05.37,2=39W Tiết diện MBA tính theo cơng thức kinh nghiệm :Q= k S mf Trong :k=6(phụ thuộc phương thức làm mát ,ở biiến áp khô); f=50hz; m=3(số trụ) =>Q= 39 = 3,06cm ≈ 3,1cm 3.50 Tra bảng B.II(sách ĐTCS-tác giả Ng.Bính) =>có thơng số MBA: tiết diện trụ:S=3,4cm2 a=2cm;h=5cm;c=2cm C=8cm;H=7cm;B=1,2cm V=58,3cm3;P=40W;G=470g=0,47kg;B=1,1T(độ tự cảm trụ); Tính số vịng vơn MBA : Uv=4,44.f.B.Q=4,44.50.1.1.3,4.10 -4=0,083(V/vòng) Số vòng dây cuộn sơ cấp W1=220/0,083=2650 vòng; Dòng sơ cấp :I1=P/U=40/220=0,18 A; Với mật độ dòng điện: j=2,5A/mm2; 29 =>Tiết diện dây sơ cấp là:S1=0,18/2,5=0,072 mm2; Tiết diện dây thứ cấp nguồn đòng pha :SđP=IđP/j=0,1/2,5=0,04mm2; =>số vòng dây nguồn đồng pha :WđP=UP/Uv=24/0,083=289 vòng; Tiết diẹn dây thứ cấp nguồn ni :Sng=In/j=0,75/2,5=0,3 mm2; Số vịng dây nguồn ni :Wng=Un/Uv=40/0,083=482 vịng; Tiết diện dây thứ cấp nguồn cơng suất : Scs=Ics/j=0,2/2,5=0,08mm2; Số vịng dây nguồn cơng suất:Wcs=Ucs/Uv=24/0,083=289 vịng; KẾT LUẬN Với sơ đồ mạch nạp ắc quy tính tốn, dải điện áp nạp từ - 50v phạm vi dòng nạp từ 10A đến 50A cho phép nạp nhiều chủng loại ăc quy khác nhau, thay đổi số lượng ắc quy nạp Quy trình nạp ắc quy hồn toàn tự động ta đặt giá trị theo yêu cầu cho trước (giá trị điện áp ắc quy nạp, dịng nạp ) Ta sử dụng thêm số tín hiệu thơng báo khác đèn hay chuông để người vận hành dễ dàng nhận biết trình nạp Tuy nhiên với yêu cầu đồ án môn học, việc đưa mạch nạp ắc quy có tính khái qt để sinh viên làm quen với thiết kế, phân tích mạch điều khiển lĩnh vực điện tử cơng suất 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử cơng suất (1996) - Nguyễn Bính Phân tích giải mạch điện tử công suất(1999) - Phạm Quốc Hải - Dương Văn Nghi Máy điện:(1998) - Vũ Gia Hạnh, Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu 4.Lý thuyết điều khiển tự động(1998) -Phạm Công Ngô Bộ khuếch đại xử lý IC tuyến tính(1994) - William D.Stanlley 31 MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUI I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUI Đặc điểm cấu tạo ắc qui .2 Quá trình biến đổi lượng ắc qui Các đặc tính ắc qui 4.Sự khác ắc qui chì ắc qui axit .7 5.Các phương pháp nạp ắc qui tự động CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN NẠP ẮC QUI I MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU .9 II CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ÁP XOAY CHIỀU THÀNH ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU III LỰA CHỌN MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .10 CHƯƠNGIII NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ 12 CHƯƠNGIV TÍNH TỐN MẠCH LỰC .15 I THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU 15 1.tính chọn van .15 2/ Tính chọn R,C bảo vệ điện áp cho Thyristor .17 Tính thơng số MBA mạch lực 18 I KHÂU KHUYẾCH ĐẠI CUỐI CÙNG VÀ BIẾN ÁP XUNG .19 1.tính biến áp xung 19 2.tính khâu khuếch đại xung 20 II TÍNH CHỌN CỔNG AND 21 III.TÍNH KHÂU XUNG CHÙM 21 IV TÍNH KHÂU ĐỒNG PHA 22 V TÍNH KHÂU RĂNG CƯA 23 VI TÍNH CHỌN TẦNG SO SÁNH 24 VII.TÍNH KHÂU ĐIỀU KHIỂN THEO DÒNG VÀ ÁP 25 1.nguyên lý điều chỉnh 25 2.Xét khâu điều khiển theo dòng 26 VIII.XÁC ĐỊNH KHÂU TỰ ĐỘNG NGẮT .27 IX.TÍNH NGUỒN NI 28 X.TÍNH BA ĐỒNG PHA ,BA NGUỒN NUÔI,BA CÔNG SUẤT 29 KẾT LUẬN .30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 32 ... điện áp nạp lúc dịng nạp tự động giảm không, kết thúc trình nạp CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN NẠP ẮC QUI Nguồn điện dùng để nạp ắc qui phải nguồn chiều để thực nhiệm vụ thiết kế đồ án môn... ta chọn phương án nạp ắc qui phương pháp dịng áp Các q trình nạp ắc qui tự động kết thúc bị cắt nguồn nạp nạp ổn áp với điện áp điện áp cực ắc qui, lúc dịng nạp từ từ giảm khơng Kết luận : - Vì... pháp nạp dòng áp Đây phương pháp tổng hợp hai phương pháp Nó tận dụng ưu điểm phương pháp Đối với yêu cầu đề nạp ắc qui tự động tức trình nạp trình biến đổi chuyển hố tự động diễn theo trình tự