2. Đỏnh giỏ chất lƣợng của Đ.T.T.N ( so với nội dung yờu cầu đó đề ra trong
2.11.3. Quỏ trỡnh biến đổi năng lƣợng trong ắcqui kiềm
Trong ắc qui kiềm cú bản cực dƣơng là Ni(OH)3 , bản cực õm là Fe, dung dịch điện phõn là: KOH nồng độ d= 20%
( - ) Fe | KOH d=20% | Ni(OH)3 ( + )
Phƣơng trỡnh hoỏ học biểu diễn quỏ trỡnh phúng nạp của ắc qui kiềm :
Thế điện động e= 1,4V.
Nhận xột: Từ những điễu đó trỡnh bầy ở trờn ta nhận thấy trong cỏc quỏ trỡnh phúng nạp nồng độ dung dịch điện phõn là thay đổi. Khi ắc qui phúng điện nồng độ dung dịch điện phõn giảm dần. Khi ắc qui nạp điện nồng độ dung dịch điện phõn tăng dần. Do đú ta cú thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phõn để đỏnh giỏ trạng thỏi tớch điện của ắc qui
2.11.4. Sức điện động của ắc qui:
Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phõn. Ngƣời ta thƣờng sử dụng cụng thức kinh nghiệm
E0 = 0,85 + ρ ( V ) trong đú: E0 - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V ) ρ -nồng độ dung dịch điện phõn ở 15 0
C ( g/cm3 )
Trong quỏ trỡnh phúng điện thỡ sức điện động Ep của ắc qui đƣợc tớnh theo cụng thức:
Ep=Up + Ip.rb
trong đú : Ep - sức điện động của ắc qui khi phúng điện ( V ) Ip - dũng điện phúng ( A )
Up - điện ỏp đo trờn cỏc cực của ắc qui khi phúng điện (V)
rb - điện trở trong của ắc qui khi phúng điện (Ω)
Trong quỏ trỡnh nạp điện thỡ sức điện động En của ắc qui đƣợc tớnh theo cụng thức:
En = Un - In.rb
trong đú : En - sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V ) In - dũng điện nạp ( A )
Un - điện ỏp đo trờn cỏc cực của ắc qui khi nạp điện ( V ) rb - điện trở trong của ắc qui khi nạp điện (Ω)
2.11.5. Dung lƣợng của ắc qui:
Dung lƣợng phúng của ắc qui là đại lƣợng đỏnh giỏ khả năng cung cấp năng lƣợng điện của ắc qui cho phụ tải, và đƣợc tớnh theo cụng thức :
Cp = Ip . tp
trong đú : Cp - dung dịch thu đƣợc trong quỏ trỡnh phúng ( Ah ) Ip - dũng điện phúng ổn định trong thời gian phúng điện tp ( A ) tp - thời gian phúng điện ( h ).
Dung lƣợng nạp của ắc qui là đại lƣợng đỏnh giỏ khả năng tớch trữ năng lƣợng của ắc qui và đƣợc tớnh theo cụng thức :
Cn = In . tn
In - dũng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h ).
2.11.6. Đặc tớnh phúng nạp của ắc qui. 2.11.6.1. Đặc tớnh phúng acqui
Hỡnh 2.37 . Đặc tớnh phúng của acquy
Đặc tớnh phúng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện ỏp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phõn theo thời gian phúng khi dũng điện phúng khụng thay đổi .
Từ đặc tớnh phúng của ắc qui nhƣ trờn hỡnh vẽ ta cú nhận xột sau:
Trong khoảng thời gian phúng từ tp = 0 đến tp = tgh,sức điện động điện ỏp, nồng độ dung dịch điện phõn giảm dần, tuy nhiờn trong khoảng thời gian này độ dốc của cỏc đồ thị khụng lớn, ta gọi đú là giai đoạn phúng ổn định hay thời gian phúng điện cho phộp tƣơng ứng với mỗi chế độ phúng điện của ắc qui ( dũng điện phúng ).
Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta tiếp tục cho ắc qui phúng điện sau tgh thỡ sức điện động ,điện ỏp của ắc qui sẽ giảm rất nhanh .Mặt khỏc cỏc tinh thể sun phỏt chỡ (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ cú dạng thụ rắn rất khú hoà tan ( biến đổi hoỏ học) trong quỏ trỡnh nạp điện trở lại cho ắc qui sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phúng điện cho phộp của ắc qui, cỏc giỏ trị Ep, Up, ρ tại tgh đƣợc gọi là cỏc giỏ trị giới hạn phúng điện của
ắc qui. ắc qui khụng đƣợc phúng điện khi dung lƣợng cũn khoảng 80%.
Sau khi đó ngắt mạch phúng một khoảng thời gian nào, cỏc giỏ trị sức điện động, điện ỏp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phõn lại tăng lờn, ta gọi đõy là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui. Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phúng điện của ắc qui (dũng điện phúng và thời gian phúng ).
2.11.6.2.Đặc tớnh nạp acqui
Hỡnh 2.38 . Đặc tớnh nạp acquy.
Đặc tớnh nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động , điện ỏp và nồng độ dung dịch điện phõn theo thời gian nạp khi trị số dũng điện nạp khụng thay đổi .
Từ đồ thị đặc tớnh nạp ta cú cỏc nhận xột sau :
Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thỡ sức điện động, điện ỏp, nồng độ dung dịch điện phõn tăng dần.
Tới thời điểm ts trờn bề mặt cỏc bản cực õm xuất hiện cỏc bọt khớ (cũn gọi là hiện tƣợng" sụi " ) lỳc này hiệu điện thế giữa cỏc bản cực của ắc qui đơn tăng đến 2,4 V . Nếu vẫn tiếp tục nạp giỏ trị này nhanh chúng tăng tới 2,7 V và giữ nguyờn. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nú cú tỏc dụng cho phần cỏc chất tỏc dụng ở sõu trong lũng cỏc bản cực đƣợc biến đổi tuần hoàn, nhờ đú sẽ làm tăng thờm dung lƣợng phúng điện của ắc qui.
thời gian đú hiệu điện thế trờn cỏc bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch điện phõn khụng thay đổi. Nhƣ vậy dung lƣợng thu đƣợc khi ắc qui phúng điện luụn nhỏ hơn dung lƣợng cần thiết để nạp no ắc qui.
Sau khi ngắt mạch nạp, điện ỏp, sức điện động của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phõn giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của ắc qui sau khi nạp.
Trị số dũng điện nạp ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng và tuổi thọ của ắc quy. Dũng điện nạp định mức đối với ắc quy là In = 0,1 C10
Trong đú C10 là dung lƣợng của ắc qui mà với chế độ nạp với dũng điện định mức là In = 0,1C10 thỡ sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
Vớ dụ với ắc qui C = 180 Ah thỡ nếu ta nạp ổn dũng với dũng điện bằng 10% dung lƣợng ( tức In = 18 A ) thỡ sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
2.11.7. Sự khỏc nhau giữa ắc qui kiềm và ắc qui axit.
Cả hai loại ắc qui này đều cú một đặc điểm chung đú là tớnh chất tải thuộc loại dung khỏng và sức phản điện động. Nhƣng chỳng cũn cú một số đặc điểm khỏc biệt sau:
Acquy axit Acquy kiềm
- Khả năng quỏ tải khụng cao, dũng nạp lớn nhất đạt đƣợc khi quỏ tải là Inmax = 20%C10
-Hiện tƣợng phũng lớn, do đú ắc qui nhanh hết điện ngay cả khi khụng sử dụng.
-Sử dụng rộng rói trong đời sống, cụng nghiệp đặc biệt ở những nơi cú nhiệt độ cao va đập lớn nhƣng cụng suất và quỏ tải vừa phải.
-Dựng trong ụtụ, xe mỏy và cỏc động cơ mỏy nổ cụng suất vừa và nhỏ.
-Giỏ thành thấp
-Khả năng quỏ tải rất lớn dũng điện nạp lớn nhất khi đú cú thể đạt tới: Inmax = 50%C10
-Hiện tƣợng tự phúng nhỏ.
-Sử dụng ở những nơi cú yờu cầu cụng suất lớn quỏ tải thƣờng xuyờn, đƣợc sử dụng với cỏc thiết bị cụng suất lớn.
Dựng phổ biến trong cụng nghiệp hàng khụng, hàng hải và những nơi nhiệt độ mụi trƣờng thấp.
-Giỏ thành cao.
2.11.8.Cỏc phƣơng phỏp nạp ắc qui tự động.
Cú ba phƣơng phỏp nạp ắc qui là.
Phƣơng phỏp dũng điện. Phƣơng phỏp điện ỏp. Phƣơng phỏp dũng ỏp.
2.11.8.1. Phƣơng phỏp nạp ắc qui với dũng điện khụng đổi.
Đõy là phƣơng phỏp nạp cho phộp chọn đƣợc dũng nạp thớch hợp với mỗi loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui đƣợc no. Đõy là phƣơng phỏp sử dụng trong cỏc xƣởng bảo dƣỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho cỏc ắc qui bị Sunfat hoỏ. Với phƣơng phỏp này ắc qui đƣợc mắc nối tiếp nhau và phải thoả món điều kiện :
Trong đú: Un - điện ỏp nạp
Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch
Trong quỏ trỡnh nạp sức điện động của ắc qui tăng dần lờn, để duy trỡ dũng điện nạp khụng đổi ta phải bố trớ trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở đƣợc xỏc định theo cụng thức :
R= n aq n I N U 20
Nhƣợc điểm của phƣơng phỏp nạp với dũng điện khụng đổi là thời gian nạp kộo dài và yờu cầu cỏc ắc qui đƣa vào nạp cú cựng dung lƣợng định mức.
Để khắc phục nhƣợc điểm thời gian nạp kộo dài, ngƣời ta sử dụng phƣơng phỏp nạp với dũng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trƣờng hợp hai
nấc, dũng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3ữ0,6 )C10 tức là nạp cƣỡng bức và kết thỳc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sụi. Dũng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10
2.11.8.2. Phƣơng phỏp nạp với điện ỏp khụng đổi.
Phƣơng phỏp này yờu cầu cỏc ắc qui đƣợc mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp khụng đổi và đƣợc tớnh bằng (2,3V ữ2,5V) cho mỗi ngăn đơn. Phƣơng phỏp nạp với điện ỏp khụng đổi cú thời gian nạp ngắn, dũng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiờn dựng phƣơng phỏp này ắcqui khụng đƣợc nạp no. Vỡ vậy nạp với điện ỏp khụng đổi chỉ là phƣơng phỏp nạp bổ xung cho ắc qui trong quỏ trỡnh sử dụng.
2.11.8.3. Phƣơng phỏp nạp dũng ỏp.
Đõy là phƣơng phỏp tổng hợp của hai phƣơng phỏp trờn. Nú tận dụng đƣợc những ƣu điểm của mỗi phƣơng phỏp.
Đối với yờu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong quỏ trỡnh nạp mọi quỏ trỡnh biến đổi và chuyển hoỏ đƣợc tự động diễn ra theo một trỡnh tự đó đặt sẵn thỡ ta chọn phƣơng ỏn nạp ắc qui là phƣơng phỏp dũng ỏp.
Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nhƣ hiệu suất nạp thỡ trong khỏng thời gian tn = 8h tƣơng ứng với 75 ữ 80 % dung lƣợng ắc qui ta nạp với dũng điện khụng đổi là In = 0,1. Vỡ theo đặc tớnh nạp của ắc qui trong đoạn
nạp chớnh thỡ khi dũng điện khụng đổi thỡ điện ỏp, sức điện động tải ớt thay đổi, do đú bảo đảm tớnh đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 8h ắc qui bắt đầu sụi lỳc đú ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn ỏp. Khi thời gian nạp đƣợc 10 h thỡ ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thờm 2 đến 3h.
Đối với ắc qui kiềm : Trỡnh tự nạp cũng giống nhƣ ắc qui axit nhƣng do khả năng quỏ tải của ắc qui kiềm lớn nờn lỳc ổn dũng ta cú thể nạp với dũng nạp In = 0,2C10 hoặc nạp cƣỡng bức để tiết kiệm thời gian với dũng nạp In = 0,5C10
Cỏc quỏ trỡnh nạp ắc qui tự động kết thỳc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn ỏp với điện ỏp bằng điện ỏp trờn 2 cực của ắc qui, lỳc đú dũng nạp sẽ từ từ giảm về khụng.
2.12. Tớnh toỏn bộ ăcquy.
Ta sẽ chọn loai ắc quy axit loại 6V, điện trở trong Raq =0.09Ω. ỏp Ucl chớnh là điện ỏp nạp cho ắc quy
Khi đú E = 12V Raq =0.09 Ω UpIp = P
Mà Up =E – Ip.Raq =6 – 0.09.Ip Suy ra (6 – 0.09.Ip).Ip =110 W
=> Ip =33 A
Gọi C là dung lƣơng thực tế của ắc quy, để đảm bảo ắc quy hoạt động bỡnh thƣờng ta phải chọn hệ số dự trữ là 1.5
C =1.5.Ip.tphong =2.33A.0.5h =33Ah
Để cho bộ chỉnh lƣu nhỏ gọn ta chọn dũng nạp nhỏ hỏn nhiều so với dũng phúng,điều đú cú nghĩa thời gian nạp lớn hơn nhiều so với thơi gian phúng, ta chọn thời gian nạp là tnạp=10h
Khi đú: C = In*tnap =3*Ip*tphúng = 33 Ah, Mà tnạp=10h =>In =3,3A
Nguồn cấp cho bộ nghịch lƣu một pha ta sử dụng loại acquy chỡ 12v/100Ah.
Vỡ vậy cần thiết kế một mạch nạp đảm bảo cỏc thụng số kỹ thuật của Acquy:
Điện ỏp nạp acquy : Unạp = 15v.
Dũng điện nạp cực đại : Inạpmax = 100Ah / 10 = 10A.
BR1 5v TR1 TRSAT2P2S 3 2 1 8 4 U1:A RM4558 5 6 7 8 4 U1:B RM4558 D1 RL1 RTE24005F Q1 BC239 D3 1N4007 R1 10k R2 10k VR1 10k R3 10k Q2 BC239 Q3 BC239 R4 15k R5 15k R6 15k ac quy 12v 15vac 220vac VR2 15k + -
Nguyờn lý hoạt động:
_ Nguồn 220v qua biến ỏp ta sẽ đƣợc điện ỏp đầu ra là 15VAC đƣa vào cầu chỉnh lƣu TR1. Qua cầu chỉnh lƣu điện ỏp ra sẽ là 15vDC và đƣợc nạp thẳng vào Acquy.
_IC RM4558 ta sử dụng 2 phần tử KDDTT U1a, U1b.
_ Khi bỡnh đƣợc nạp đầy, tại chõn 3 của U1a luụn cú điện ỏp 5v nhờ diode ổn ỏp và R1 = 10KΩ. Tại chõn 2 của U1a cú điện ỏp lớn hơn 5v vỡ cú cầu phõn ỏp R2 = 10KΩ, biến trở VR1 = 10kΩ => điện ỏp tại chõn 2 lớn hơn điện ỏp tai chõn 3 làm cho phần tử U1a khụng hoạt động => chõn 1 khụng cú điện nờn Q1 khụng dẫn => khụng cú điện ỏp cấp vào cuộn hỳt rơ le => ngắt mạch nạp.
_ Do R6 nối vào chõn C của Q1 qua cuộn hỳt của rơ le RL1 nờn cú điện ỏp (+) cấp vào chõn B của Q2 => Q2 dẫn , kộo cực B của Q1 về mỏt, duy trỡ trạng thỏi ngắt của Q1 => acquy khụng đƣợc nạp.
_ Khi điện ỏp ac quy xuống dƣới 11v: chõn 5 đƣợc ổn ỏp 5v. chõn 6 qua cầu phõn ỏp R3 = 10 KΩ, biến trở VR2 = 15KΩ => điện ỏp chõn 6 nhỏ hơn 5v. Điện ỏp chõn 5 lớn hơn điện ỏp tại chõn 6, nờn phần tử KĐTT U1b hoạt động nờn chõn 7 cú điện qua R5 = 15KΩ vào chõn B của Q3 làm cho Q3 dẫn kộo chõn B của Q2 về mỏt => Q2 khụng dẫn => chõn B của Q1 cú điện (+) => Q1 dẫn nờn cú dũng vào cuộn hỳt rơ le làm rơ le đúng cấp nguồn cho biến ỏp TR1 hoạt động => Acquy đƣợc nạp.
CHƢƠNG 3.
XÂY DỰNG Mễ HèNH VẬT Lí BỘ BIẾN ĐỔI
Trong chƣơng 2 ta đó tiến hành lựa chọn và tớnh toỏn cỏc giỏ trị linh kiện trong bộ biến đổi DC/AC。 Nội dung chƣơng này ta sẽ xõy dựng mụ hỡnh vật lý và kiểm tra cỏc tham số đầu ra của bộ biến đổi DC/AC bằng mỏy hiện súng Oscilloscope.
3.1. Xây dựng mạch điện biến đổi DC/AC từ 12v DC lên220v AC tần số 50Hz 50Hz
Sử dụng phần mềm vẽ mạch chuyờn dụng Proteus để vẽ sơ đồ nguyờn lý mạch nõng điện ỏp Acquy. R31 100R R32 47k C11 10u C12 10u R33 100R R34 47k D11 1N4007 D12 1N4007 Q8 2N3393 Q10 2N3393 R26 10k R28 10k R35 2k R36 2k R42 1r Q9 13001 R29 4.7k R30 4.7k D10 1N4007 D9 1N4007 R38 100r R37 100r R27 10k Q7 13001 R25 10k R 4 DC7 Q3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH6 CV 5 U2 555 D 5 Q1 CLK 3 Q2 R 4 S 6 U5:A 4013 D 9 Q13 CLK 11 Q12 R 1 0 S 8 U5:B 4013 R22 4.7k R24 10k R21 10k R 4 DC7 Q3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH6 CV 5 U3 555 R20 100k C7 112n R19 10k C8 330n C5 10u R17 100k C6 330n R15 1k R16 1.6M VI1 VO 3 G N D 2 U4 7805 C9 100u R18 100k R23 10k Q5 2N3393 Q6 2N3393 CLK 14 E 13 MR 15 CO12 Q03 Q12 Q24 Q37 Q410 Q51 Q65 Q76 Q89 Q911 U1 TL494 R1 10k R2 100k R3 12k C1 112n R4 750k R5 4.7k C2 112n C3 112n R6 10k C4 1n R7 15k R8 10k R9 1k R10 1k D1 1N4006 D2 1N4006 R14 10R TR1 TRAN-2P3S D14 1N4007 3 2 1 4 11 U8:A LM324 5 6 7 4 11 U8:B LM324 R39 100k R40 4.7k R41 10k C13 22u R43 100r R44 10k D13 1N4007 D15 1N4007 R47 1k R50 10k R48 10k R45 10k R46 1k D18 1N4007 D8 1N4007 D19 1N4007 R49 47k 10 9 8 4 11 U8:C LM324 Q2 2N3703 Q1 2N3703 Q11 2N3703 R51 1k R53 10R Q3 IRF3205 Q4 IRF3205 12 13 14 4 11 U8:D LM324 R12 10k D3 1N4007 SS 10k R52 10k R54 10k 16 8 C10 2200u C14 2200u D4 UF5402