thiết kế bộ chỉnh lưu của nguồn usp

Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Đồ án môn học: Điện tử công suất
Đề bài:
Thiết kế phần điện áp 1 chiều cho bộ UPS:
- Điện áp nguồn: 220 VAC+10%,-10%.
- Công suất: 4 KVA.
- Điện áp ra: 110 V
- Tần số vào: 60Hz
Ch ơng 1
CôNG NGHệ Và YÊU CầU Kĩ THUậT

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 1
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
I.GI I THIÊU UPS
hình I.1
1.1.Cung cấp điện cho những tải nhạy cảm
Sự cố trong các nguồn năng lợng điện có thể xẩy ra trong quá trình lắp đặt trang
thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha, sấm sét, ). Những sự
cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau.
Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lợng điện tạo ra một điện áp hình sin với
biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn).
Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị ảnh hởng
trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ thống.
Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp điện vì:
Hiện tợng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thờng không tránh khỏi). Điều này có
thể ảnh hởng đến đờng dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn:
- Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện
- Sơng giá có thể làm cho đờng dây bị đứt
Những hiện tợng ngẫu nhiên, chẳng hạn:
- Cành cây rơi gây gắn mạch hoặc đứt dây
- Đứt cáp do đào đất

- Sự h hỏng trong hệ thống cung cấp
Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hởng đến hệ thống cung cấp
Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn:
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 2
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
- Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong quá trình khởi động.
- Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn, gây ra điện áp
rơi và nhiễm RF
Những hệ thống điện tử công suất cao
Thang máy, đèn huỳnh quang
Những sự cố ảnh hởng đến việc cung cấp năng lợng điện cho thiết bị có thể phân
thành các loại sau:
Lệch điện áp
Ngừng hoạt động
Tăng đột ngột điện áp
Thay đổi tần số
Xuất hiện sóng hài
Nhiễu tần số cao
Sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là làm gián đoạn việc
cung cấp điện, nhất là hệ thống dữ liệu của máy tính.
1.2.Giải pháp dùng UPS
Điều cần chú ý trớc hết của những sự cố và hậu quả của nó về phơng diện:
An toàn cho con ngời
An toàn cho thiết bị, nhà xởng
Mục tiêu vận hành kinh tế
Từ đó phải tìm cách loại chúng ra. Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau cho vấn đề
này, những giải pháp này đợc so sánh trên cơ sở của hai tiêu chuẩn sau để đánh giá:
Liên tục cung cấp điện
Chất lợng cung cấp điện
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 3

Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Hoạt động nh một giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tải nhạy cảm.
UPS cung cấp cho tải một năng lợng điện liên tục, chất lợng cao, không phụ thuộc mọi
tình trạng của hệ thống cung cấp.
UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy
Không bị ảnh hởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệt khi hệ
thống cung cấp ngừng hoạt động.
Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu của những thiết bị điện từ nhạy cảm
(chẳng hạn: GALAXY-sai số cho phép của biên độ
5,0
%, tần số
1
%)
UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các khâu trung
gian: Acquy và chuyển mạch tĩnh.
1.3 ứ ng dụng của UPS trong thực tế
Hiện nay nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn thông, ngân hàng,y
tế,hàng không là rất lớn. Số lợng UPS đợc sử dụng gần bằng 1/3 số lợng máy tính đang đ-
ợc sử dụng. Có thể lấy một vài ví dụ về các thiết bị sử dụng UPS, đó là những máy tính,
việc truyền dữ liệu và toàn bộ thiết bị ở một trạng thái nào đó là rất quan trọng và không
cho phép đợc mất điện. UPS đợc sử dụng trong ngành hàng không để đảm bảo sự thắp
sáng liên tục của đờng băng sân bay.
ứng dụng chính
Thiết bị đợc bảo vệ
1.Hệ thống máy tính nói chung
-Máy tính,mạng máy tính
-Máy in,hệ thống vẽ đồ thị,bàn phímvà
các thiết bị đầu cuối.
2.Hệ thống máy tính công nghiệp
-Bộ điều khiển lập trình,hệ thống điều

khiển số,điều khiển giám sát,máy tự động.
3.Viễn thông
-Tổng đài điện thoại ,hệ thống truyền
dữ liệu,hệ thống rađa.
4.Ytế,công nghiệp
Dụng cụ y tế,thang máy,thiết bị điều
khiển chính xác,thiết bị đo nhiệt độ,bơm
plastic
5.Chiếu sáng
-Đờng hầm ,đờng băng sân bay,
nhà công cộng
6.Các ứng dụng khác
-Máy quét hình,cung cấp năng lợng
cho máy bay
Nói tóm lại UPS là một nguồn điện dự phòng nó có mặt ở mọi chỗ mọi nơi, những
nơi đòi hỏi cao về yêu cầu cấp điện liên tục.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 4
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
1.4 Phân loại UPS
1.4.1 Phân loại UPS dựa theo bộ chuyển đổi
Hình I.2
a.UPS tĩnh:Sử dụng bộ chuyển đổi tĩnh thực hiện cung cấp năng lợng.
-Giới hạn dòng trong vận hành cho phép I
cp
=2.33I
đm
-Cách li về điện.
-Bảo dỡng và vận hành đơn giản,làm việc tin cậy cậy chắc chắn.
-Khả năng phản ứng tức thời trớc những dao động biên độ của hệ thống cung cấp,sử
dụng thiết bị điều khiển vi xử lí dựa trên kĩ thật số.

-Biên độ điện áp điều chỉnh trong phạm vi sai số

0.5%
ữ

1%,thời gian điều
chỉnh nhanh,kích thớc và trọng lợng của hệ nhỏ

b.UPS quay
Hình I.3
Sử dụng máy điện quay để thực hiện biến đổi năng lựợng,
-I
nm
=I
đm
-Hệ thống phụ tải cánh li với nguồn.
-Trở kháng ra của hệ thấp.
1.4.2.Phân biệt theo chế độ làm việc
a.UPS gián tiếp(offline UPS)
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 5
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
HìnhI.4
-Nghịch lu nối song song với hệ thống cung cấp là nguồn dự trữ phòng tình trạng
khẩn cấp.
-Trong quá trình vận hành,nguồn lới đợc cung cấp trực tiếp đến tải qua bộ lọc F mà
không qua nghịch lu.
-Nếu sự cố hệ thống cung cấp điện hoặc U hệ thống cung cấp điện không nằm trong
sai số cho phép thì tải chuyển từ hệ thống cung cấp điện qua nghịch lu trong thời gian
ngắn <10 ms.Khi điện áp hệ thống cung cấp đợc phục hồi,tải sẽ tự động chuyển về hệ
thống cung cấp

-Dùng với tải P <2 KVA.
-Thời gian chuyển mạch phù hợp với tải nhạy cảm.
-Tuy nhiên offline UPS không đáp ứng với phụ tải nh máy tính ,tổng đài điện
thoại,không điều chỉnh đợc tần số.
b,OnlineUPS
HìnhI.5
-Đợc chèn vào giữa hệ thống cung cấp và tải.Toàn bộ điện năng cung cấp cho tải
đều phải qua nghịch lu do vậy việc cung cấp điện đợc liên tục trong phạm vi sai số cho
phép của f,U.
-Không phụ thuộc vào trạng thái cua hệ thống cung cấp điện.
-áp dụng cho tải có công suất trung bình P

40 KVA.
1.5.Sơ đồ nguyên lí chung của UPS
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 6
110220
ĐK
Aq
CL
NL
+
_
Hình I.2
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
CL: Cung cấp nguồn một chiều cho nghịch lu và nạp thờng trực cho ắcquy AQ: Tạo
năng lợng dự trữ cung cấp cho nghịch lu nếu sảy ra:
-Ngừng hoạt động hệ thống cung cấp.
-Hệ thống cung cấp có sự cố hoặc chất lợng hệ thống cung cấp không trong
giới hạn cho phép.
NL:Chuyển đổi DC AC với sai số cho phép chặt chẽ ,chắc chắn hơn hệ

thống chính.
ĐK: Bao gồm cả hệ thống phản hồi ,điều khiển hoạt động của CL ,NLvà quá trình
phóng nạp AQ ,ổn định cung cấp điện theo yêu cầu.
Trong phạm vi đồ án này chúng ta nghiên cứu phần CL cung cấp nguồn DC choNL,
AQ đồng thời với hệ thống điều khiển quá trình phóng nạp AQ.
II)ACQUI
2.1.Khái niệm acqui
ắc qui là một nguồn điện đợc trữ năng lợng điện dới dạng hoá.
ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện trong công
nghiệp cũng nh trong đời sống hàng ngày: nh động cơ điện, bóng đèn điện, là nguồn nuôi
của các linh kiện điện tử ắc qui là nguồn cung cấp điện cho các động cơ khởi động.
Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhng phổ biến nhất là hai loại ắc qui chì và ắc qui
axit.
2.2. Cấu tao và đặc điểm của các loại ắc qui:
Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dơng, 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 xơng và chất tác
dụng trát lên nó.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 7
2
3
1. Vấu bản cực
2. Chất tác dụng
3. Cốt bản cực
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Khung xơng của bản cực âm và bản cực dơng có cấu tạo giống nhau, chúng đợc đúc từ chì
và chúng đợc đúc từ chì và có pha thêm 5 ữ 8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình mắt lới. 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 hu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền của
lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện đợc 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 đợc tăng thêm . Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dơng của
mỗi ắc qui đơn đợc hàn với nhau tạo thành khối bản cực dơng, các bản cực âm đợc hàn với
nhau thành khối bản cực âm. Số lợng các bản cực trong mỗi ắc qui thờng từ 5 đến 8, bề
dầy tấm bản cực dơng của ắc qui thờng từ 1,3 đến 1,5 mm , bản cực âm thờng mỏng hơn
0,2 đến 0,3 mm . Số bản cực âm trong ắc qui thờng 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 đợc bố trí
giữa các bản cực âm và dơng có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm
ngăn đợc làm bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8 đến 1,2 mm và có dạng lợn sóng ,
trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phéo dung dịch điện phân thông qua.
2.3. Quá trình biến đổi năng l ợng trong ắc qui
ắc qui là nguồn năng lợng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng lợng dới
dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng. Quá trình ắc qui cấp điện cho
mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc qui dự trữ năng lợng đợc gọi là
quá trình nạp điện.
3.1. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit:
Trong ắc qui axit có các bản cực dơng là đôixit chì ( PbO
2
), các bản âm là chì
( Pb ), dung dich điện phân là axit sunfuaric ( H
2
SO
4
) nồng độ d = 1,1 ữ 1,3 %
(- ) Pb H
2
SO
4
d = 1,1 ữ 1,3 PbO
2

( + )
Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit :
phóng
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb 2PbSO
4
+ 2H
2
O
nạp
Thế điện động e = 2,1 V.
3.2. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui kiềm:
Trong ắc qui kiềm có bản cực dơng là Ni(OH)
3
, bản cực âm là Fe, dung dịch
điện phân là: KOH nồng độ d = 20 %
( - ) Fe KOH d = 20% Ni(OH)
3
( + )
Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của 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 những điễu đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong các quá trình phóng
nạp nồng độ dung dịch điện phân là 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 đó ta
có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của ắc qui.
2.4. Các thông số cơ bản của ắc qui:
a Sức điện động của ắc qui:
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 8
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch
điện phân. Ngời ta thờng sử dụng công thức kinh nghiệm
Eo = 0,85 + ( V )
trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )
- nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm
3
)
Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc qui đợc tính theo công thức:
Ep = Up + Ip.r
b

trong đó : Ep - sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V )
Ip - dòng điện phóng ( A )
Up - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)
r
b
- điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( )

Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc qui đợc tính theo công thức:
En = Un - In.r
b
trong đó : En - sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )
In - dòng điện nạp ( A )
Un - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện ( V )
r
b
- điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( )
b. dung lợng của ắc qui:
_Dung lợng phóng của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng cung cấp năng lợng
điện của ắc qui cho phụ tải, và đợc tính theo công thức :
Cp = Ip.tp
trong đó : Cp - dung dịch thu đợc trong quá trình phóng ( Ah )
Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A )
tp - thời gian phóng điện ( h ).
_Dung lợng nạp của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng tích trữ năng lợng của
ắc qui và đợc tính theo công thức :
Cn = In.tn
trong đó : Cn - dung dịch thu đợc trong quá trình nạp ( Ah )
In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )
tn - thời gian nạp điện ( h ).
2.5. Đặc tính phóng nạp của ắc qui:
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 9
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
a Đặc tính phóng acqui
Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động,
điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng
không thay đổi .
Từ đặc tính phóng của ắc qui nh trên hình vẽ ta có nhận xét sau:

Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện độngđiện áp, nồng độ
dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị
không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tơng
ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc qui ( dòng điện phóng ).
Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta
tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động ,điện áp của ắc qui sẽ giảm rất
nhanh .Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO
4
) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng
thô rắn rất khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau
này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up, tại
tgh đợc gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc qui. ắc qui không đợc phóng điện khi
dung lợng còn khoảng 80%.
Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức điện động,
điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi
phục hay khoảng nghỉ của ắc qui. Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phóng
điện của ắc qui (dòng điện phóng và thời gian phóng ).
b.Đặc tính nạp acqui
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 10
C
P
= I
P
.t
P
Vùng phóng điện cho phép
2
0
5
10

1,75
1,95
2,11
I (A) E,U (V)
10
6
4 8
t
E
U
P
Khoảng nghỉ
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Đặc tính nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động , điện
áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện nạp không thay
đổi .
Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :
Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thì sức điện động, điện áp, nồng độ
dung dịch điện phân tăng dần.
Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện t-
ợng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc qui đơn tăng đến 2,4 V . Nếu
vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là
thời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực
đợc biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng điện của ắc qui.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ữ 3 h trong suốt thời gian đó
hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi .
Nh vậy dung lợng thu đợc khi ắc qui phóng điện luôn nhỏ hơn dung lợng cần thiết để nạp
no ắc qui.
Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc qui, nồng độ dung dịch điện
phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của ắc qui sau khi

nạp.
Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắc qui. Dòng điện
nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C
10
.
Trong đó C
10
là dung lợng của ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là In =
0,1C
10
thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
Ví dụ với ắc qui C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10% dung lợng
( tức In = 18 A ) thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
2.6. Sự khác nhau giữa ắc qui kiềm và ắc qui axit:
Cả hai loại ắc qui này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc loại dung
kháng và sức phản điện động. Nhng chúng còn có một số đặc điểm khác biệt sau :
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 11
1,95
Cn = In.tn
Vùng nạp chính
5
10
0 2 4
10%C
10
1
6
8
ts 10 12
Vùng

nạp n
0
t
I (A) U,E (V)
2,4
2
2,7
U
T
E
Khoảng
nghỉ
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
ắc qui axit ắc qui kiềm
- Khả năng quá tải không cao, dòng
nạp lớn nhất đạt đợc khi quá tải là
I
nmax
= 20%C
10
_Hiện tợng phòng lớn, do đó ắc qui
nhanh hết điện ngay cả khi không sử
dụng.
_Sử dụng rộng rãi trong đời sống,
công nghiệp đặc biệt ở những nơi có
nhiệt độ cao va đập lớn nhng công
suất và quá tải vừa phải.
_Dùng trong ôtô, xe máy và các
động cơ máy nổ công suất vừa và
nhỏ.

_Giá thành thấp
_Khả năng quá tải rất lớn dòng điện
nạp lớn nhất khi đó có thể đạt tới:
I
nmax
= 50%C
10
_Hiện tợng tự phóng nhỏ.
_Sử dụng ở những nơi có yêu cầu
công suất lớn quá tải thờng xuyên,
đợc sử dụng với các thiết bị công
suất lớn.
_Dùng phổ biến trong công nghiệp
hàng không, hàng hải và những nơi
nhiệt độ môi trờng thấp.
_Giá thành cao.

2.7.Các ph ơng pháp nạp ắc qui tự động.
Có ba phơng pháp nạp ắc qui là
+ Phơng pháp dòng điện.
+ Phơng pháp điện áp.
+ Phơng pháp dòng áp.
a. Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.
Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với mỗi loại ắc
qui, bảo đảm cho ắc qui đợc no. Đây là phơng pháp sử dụng trong các xởng bảo dỡng sửa
chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá. Với phơng
pháp này ắc qui đợc mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :
Un 2,7.Naq
Trong đó: Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch

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

n
aqn
I
N0,2U
R

=
Nhợc điểm của phơng pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài
và yêu cầu các ắc qui đa vào nạp có cùng dung lợng định mức. Để khắc phục nhợc điểm
thời gian nạp kéo dài, ngời ta sử dụng phơng pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay
nhiều nấc. Trong trờng hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ữ 0,6 )
C
10
tức là nạp cỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc
thứ hai là 0,1C
10
b. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi.
Phơng pháp này yêu cầu các ắc qui đợc mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện
thế của nguồn nạp không đổi và đợc tính bằng (2,3V ữ 2,5V) cho mỗi ngăn đơn. Phơng
pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời
gian.Tuy nhiên dùng phơng pháp này ắc qui không đợc nạp no. Vì vậy nạp với điện áp
không đổi chỉ là phơng pháp nạp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử dụng.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 12
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
c. Phơng pháp nạp dòng áp.
Đây là phơng pháp tổng hợp của hai phơng pháp trên. Nó tận dụng đợc những u

điểm của mỗi phơng pháp.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong quá trình nạp mọi
quá trình biến đổi và chuyển hoá đợc tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta
chọn phơng án nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp.
Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nh hiệu suất nạp thì trong
khoản thời gian tn = 8h tơng ứng với 75ữ80 % dung lợng ắc qui ta nạp với dòng điện
không đổi là In = 0,1. Vì theo đặc tính nạp của ắc qui trong đoạn nạp chính thì khi dòng
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 8 h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ
ổn áp. Khi thời gian nạp đợc 10 h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 đến 3h.
Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống nh ắc qui axit nhng do khả năng
quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In = 0,2C
10
hoặc
nạp cỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5C
10
.
Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn
áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không.
2.8.Tính toán và lựa chọn acqui
Căn cứ vào đầu ra của bộ nghịch lu độc lập nguồn dòng điện, ta có thể chọn đợc
điện áp đầu vào đặt lên ắcquy.Giả sử ta chọn bộ nghịch lu độc lập nguồn áp một pha
Khi đó điện áp ra dạng xung chữ nhật ,nếu phân tích ra các thành phần của chuỗi
Fourier sẽ gồm các thành phần sóng hài với biên độ bằng:
U
(n)
=-2
n
nE

))cos(1( +

Nh vậy điện áp ra tồn tại các thành phần sóng hài bậc lẻ 1,3,5,7 với biên độ
bằng

5
4
,
3
4
,
4

EEE
Để điện áp ra có dạng sin có thể dùng các bộ lọc để lọc bỏ các thành
phần sóng hài bậc cao . Giả sử điện áp ra đã đợc lọc chỉ còn thành phần sóng hài bậc một
dạng sin biên độ
=

E4
110(V) suy ra E=
4
.110

= 86,4(V).
Nếu sử dụng một nguồn 86,4(V) có một u điểm là dòng tiêu thụ sẽ nhỏ nhng kích thớc
của bộ chỉnh lu sẽ lớn hơn, cồng kềnh. Để khắc phục điều này ta chỉ sử dụng một nguồn
áp trung bình E
d

=60(V)DC để cung cấp cho ăcquy và nghịch lu. Sau khi qua bộ nghịch lu
sẽ sử dụng một máy biến áp để nâng điện áp lên 110V xoay chiều phù hợp với tải.
ắcquy đợc chọn là loại ắc quy 12V. Nh vậy ta cần mắc 60/12=5 ắc quy mắc nối tiếp
nhau.
*Tính toán dung lợng của ắc quy.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 13
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Với yêu cầu về công suất của UPS là 4 KVA, U
r
= 110(V ) ta cần sử dụng máy biến
áp. Nếu coi hiệu suất của máy biến áp là 95% thì hiệu suất phía sơ cấp của máy biến áp
nghịch lu là:
S
nghịch lu
=
95,0
4
= 4,21(KVA)
Ta giả sử bộ nghịch lu có hiệu suất 0,8 suy ra công suất cung cấp ở đầu vào nghịch lu
= 0,8*4,21 = 3,368(KVA)
Dòng điện cần thiết để nạp cho ắc quy là:
I
d
=
60
3368
= 56,13(A)
Thông thờng khi chọn ăcquy phải chọn dung lợng lớn hơn 2 hoặc 5 lần dung lợng định
mức tuỳ thuộc vào loại ắc quy để đảm bảo cho ắc quy không bị hỏng
Do trong bộ ắc quy có nội trở trong do đó điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu đợc tính

nh sau:
U
cl
=U
d
+U
t
Trong đó:
U
cl
: điện áp đầu ra bộ chỉnh lu.
U
d
: điện áp đặt trên hai đầu ắc quy. U
d
=60(VDC)
U
t
: điện áp tổn hao do nội trở của ắc quy.
Với loại ăcquy 12V ta tra đợc nội trở trong của ăcquy là r=0,0015

. Vậy nội trở
trong của bộ ăcquy là R=0,0015*6*5=0,045(

)(Mỗi acqui có 6 ngăn).
Điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu là:
U
cl
=60 + 56,13*0,045 = 62,53(VDC)
Kết luận:

-Vì ắc qui là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi
ắc qui đói mà ta nạp theo phơng pháp điện áp thì dòng điện trong ắc qui sẽ tự động dâng
nên không kiểm soát đợc sẽ làm sôi ắc qui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong
vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc qui.
Khi dung lợng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định
dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nớc. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế
độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp đợc giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự no.
Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự
động giảm về không, kết thúc quá trình nạp.
Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau
+ ắc qui axit : dòng nạp In = 0,1C
10
; nạp cỡng bức với dòng
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 14
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
điện nạp In = 0,2C
10
.
+ ắc qui kiềm : dòng nạp In = 0,2C
10
; nạp cỡng bức với
dòng điện nạp In = 0,5C
10
.

Qua phân tích về yêu cầu kỹ thuật của bộ lu điện ở trên, em chọn phơng án thiết
kế bộ chỉnh lu cho bộ lu điện loại Offline UPS vì nó khá đơn giản về thiết kế và đáp ứng
đợc những đòi hỏi cơ bản của 1 nguồn điện dự phòng.
- Chọn loại ắcquy 12V ( 5 ắcquy mắc nối tiếp nhau )
- Trong đó

+ Điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu là: 62,53 V
+ Dòng điện cần thiết để nạp cho ắcquy là: 56,13 ( A )
CHƯƠNG 2
LƯạ CHọN Và TíNH TOáN MạCH CHỉNH LƯU
Do yêu cầu của bài là điện áp một pha nên ta sẽ chọn lựa mạch lực dựa trên một số
mạch chỉnh lu một pha cơ bản :
1. Chỉnh lu một nửa chu kỳ.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 15

Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Hình 1. Sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kỳ.
ở sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kỳ hình 8.1 sóng điện áp ra một chiều sẽ bị gián đoạn
trong một nửa chu kỳ khi điện áp anod của van bán dẫn âm, do vậy khi sử dụng sơ đồ
chỉnh lu một nửa chu kỳ, chúng ta có chất lợng điện áp xấu, trị số điện áp tải trung bình
lớn nhất đợc tính:
U
do
= 0,45.U
2
(8 -1)
Với chất lợng điện áp rất xấu và cũng cho ta hệ số sử dụng biến áp xấu:
S
ba
= 3,09.U
d
.I
d
. (8 -2)
Đánh giá chung về loại chỉnh lu này chúng ta có thể nhận thấy, đây là loại chỉnh lu
cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản. Tuy vậy các chất lợng kỹ thuật nh: chất lợng điện

áp một chiều; hiệu suất sử dụng biến áp quá xấu. Do đó loại chỉnh lu này ít đợc ứng dụng
trong thực tế.Khi cần chất lợng điện áp khá hơn, ngời ta thờng sử dụng sơ đồ chỉnh lu cả
chu kỳ theo các phơng án sau.
2. Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.

Hình 2. Sơ đồ chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.
Theo hình dạng sơ đồ, thì biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống
hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua. Cho nên ở cả hai nửa
chu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn. Trong sơ đồ này điện áp tải
đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ, với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay
chiều. Hình dạng các đờng cong điện áp, dòng điện tải (Ud, Id), dòng điện các van bán
dẫn I1, I2 và điện áp của van T1 mô tả trên hình 8.3a khi tải thuàn trở và trên hình 8.3b khi
tải điện cảm lớn.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 16
T2
U1
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
U2

U2
T1
L
0
t1 t2 t3
Ud Id
I1
I2
t
t
t
t
0
t1 t2 t3
Ud
Id
I1
I2
t
t
t
t
c.b
p1 p2 p3
UT1 UT1
0
0
1
1
2

2
3
3
4
4
5
5
U2
R
L
T
U1
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Hình 3. Các đờng cong điện áp, dòng điện tải, dòng điện các
van và điện áp của Tiristo T1
Điện áp trung bình trên tải, khi tải thuần trở dòng điện gián đoạn đợc tính:
U
d
= U
do
.(1+cos)/2. (8 -3).
với: - U
do
: Điện áp chỉnh lu khi không điều khiển và bằng U
do
= 0,9.U
2

: Góc mở của các Tiristo.
Khi tải điện cảm lớn dòng điện, điện áp tải liên tục, lúc này điện áp một chiều đợc

tính:
U
d
= U
do
.cos (8 -4)
Trong các sơ đồ chỉnh lu thì loại sơ đồ này có điện áp ngợc của van phải chịu là lớn
nhất
Mỗi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ, do vậy dòng điện mà van bán dẫn phải
chịu tối đa bằng 1/2 dòng điện tải , trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua van I
hd
=
0,71.I
d
.
So với chỉnh lu nửa chu kỳ, thì loại chỉnh lu này có chất lợng điện áp tốt hơn. Dòng
điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Đối với chỉnh lu có điều
khiển, thì sơ đồ hình 8.2 nói chung và việc điều khiển các van bán dẫn ở đây tơng đối đơn
giản. Tuy vậy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mà mỗi cuộn chỉ
làm việc có một nửa chu kỳ, làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sử
dụng biến áp xấu hơn, mặt khác điện áp ngợc của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn
nhât.
3. Chỉnh lu cầu một pha đối xứng


Hình 4. Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng.
Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả nh sau. Trong nửa bán kỳ điện áp
anod của Tiristo T1 dơng (+) (lúc đó catod T2 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả hai
van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông để đặt điện áp lới lên tải, điện áp tải
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 17

2
22 UU
nv
=
T4 T1
U2
T3
L
T2
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
một chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các Tiristo còn dẫn (khoảng dẫn của
các Tiristo phụ thuộc vào tính chất của tải). Đến nửa bán kỳ sau, điện áp đổi dấu, anod của
Tiristo T3 dơng (+) (catod T4 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4 đồng
thời, thì các van này sẽ đợc mở thông, để đặt điện áp lới lên tải, với điện áp một chiều trên
tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trớc.
Chỉnh lu cầu một pha hình 4 có chất lợng điện áp ra hoàn toàn giống nh chỉnh lu cả
chu kỳ với biến áp có trung tính, nh sơ đồ hình 2. Hình dạng các đờng cong điện áp, dòng

điện tải, dòng điện các van bán dẫn và điện áp của một van tiêu biểu gần tơng tự nh trên
hình 3a.b. Trong sơ đồ này dòng điện chạy qua van giống nh sơ đồ hình 2, nhng điện áp
ngợc van phải chịu nhỏ hơn U
nv
= 2.U
2
.
Việc điều khiển đồng thời các Tiristo T1,T2 và T3,T4 nhiều khi gặp khó khăn cho
trong khi mở các van điều khiển, nhất là khi công suất xung không đủ lớn. Để tránh việc
mở đồng thời các van nh ở trên, mà chất lợng điện áp chừng mực nào đó vẫn có thể đáp
ứng đợc, ngời ta có thể sử dụng chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng.
4.Chỉnh lu cầu một pha không đối xứng
4.1Sơ đồ nguyên lý:
4.2.Nguyên lí hoạt động:
Sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng gồm 2 Tiristior đấu Catốt chung và 2 Điốt đấu
Anốt chung.
Ta có : O
1
là điểm gốc tính

cho T
1
O
2
là điểm gốc tính

cho T
2
D
2

mở cùng T

D
1
mở cùng T
2

SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 18
Hình III.4
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
ở nửa chu kì dơng điện áp bắt đầu từ O
1
điện áp đặt lên T
1
> 0 nên tại O
1
+

phát
xung vào T
1
thì T
1
mở cùng D
2
tạo thành mạch vòng kín (+) nguồn

T
1

tải

D
2

(-) nguồn.Lúc này điện áp đặt lên T
2
< 0 nên T
2
khoá.
ở nửa chu kì âm điện áp bắt đầu từ O
2
điện áp đặt lên

tải

D
1


(-)
nguồn.
Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng nhau.
- Góc dẫn của điốt là :
+=
D
- Góc dẫn của Tiristor là :

=

T
Giá trị trung bình của điện áp tải


+==






)cos1(
2
sin2
1
2
2
U
dUU
d
Nếu lấy trực tiếp điện áp từ lới với U =220V,ở chế độ dòng không đổi ta đợc:
110*41,1
53,62*14,3
*2
*
cos1
2
==+
U
U

d


=1,26

=>

=75
o
Dòng trung bình qua Tiristor :


=

=



2
IdI
2
1
I
ddT
=
360
75180
*13,56

=16,37(A)

Dòng trung bình qua Điốt :

+


+
=

=
2
IdI
2
1
I
ddD
= 56,13.(
360
75180 +
) =39,7 (A)



=

=



1IdI
1

I
d
2
d2
= 42,87 (A)
Mặt khác ta có khi điện áp nguồn có sự dao động trong khoảng 220-25%-:-220+10%
tức là trong khoảng 165 V-:-242 V thì tính toán tơng tự nh trên ta thấy

có sự thay đổi
trong khoảng 48
0
-:- 81,5
o
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 19
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Nhận xét : Sơ đồ chỉnh lu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu tạo đơn giản,
gọn nhẹ , dễ điều khiển , tiết kiệm van . Thích hợp cho các máy có công suất nhỏ và vừa.
*Kết luận:
Qua phân tích 3 phơng án trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu cầu 1 pha không đối xứng với
những u điểm sau:
- Sử dụng 2 van thyristor, 2 điốt, tiết kiệm hơn nên giảm giá thành cho bộ biến đổi.
- Mạch lực và sơ đồ điều khiển đơn giản.
- Việc nạp ắc quy không có yêu cầu cao về chất lợng điện áp
- Lấy điện trực tiếp từ nguồn điện 220V,60Hz .
- Công suất của bộ nguồn UPS không lớn (4KVA) thích hợp với sơ đồ chỉnh lu bán
điều khiển 1 pha.
I.1.Tính chọn van thyristor
Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện toả nhiệt,điện áp làm việc,
các thông số cơ bản của van đợc tính nh sau :
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 20

Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Điện áp ngợc lớn nhất mà Thyristor phải chịu :
U
ng max
=
2
2U
= 1,41.220=310,2(V).
Chọn điều kiện làm mát của van bằng quạt nên:
Điện áp ngợc của van cần chọn :
U
ng
= K
dtU
. U
ngmax
=1,7 . 310,2 = 527,34 (V)
K
dtU
- hệ số dự trữ điện áp ,chọn K
dtU
=1,7 .
Dòng lớn nhất qua van:
I
lv
=
2
Id
=
2

13,56
= 28,06 (A)
Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt;
quạt đối lu không khí ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn :
I
đm
=k
i
I
lv
=(2ữ2,5).28,06A
Để an toàn ta chọn I
đm
= 2,5 .28,06 = 70,15A
Từ các thông số U
nv
,I
đmv
ta chọn 2 Thysistor kí hiệu S8012MH có các thông số
sau :
- Điện áp ngợc cực đại của van: U
n
= 600 (V)
- Dòng điện định mức của van:I
đm
= 80 (A)
- Đỉnh xung dòng điện: I
pik
= 415 (A)
- Dòng điện của xung điều khiển: I

đk
= 50 (mA)
- Điện áp của xung điều khiển: U
đk
= 2,5 (V)
- Dòng điện rò: I
r
= 3 (mA)
- Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : U = 1,9 (V)
- Tốc độ biến thiên điện áp :
dt
dU
= 500 (V/s)
- Thời gian chuyển mạch : t
cm
= 50(às)
- Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :T
max
= 125
o
C
2.Tính toán chọn Điốt công suất
Dòng điện chỉnh lu cực đại chảy qua điốt là:
I
max
= 0.7I
d
=70,15.0,75 = 56,6 (A)
Điện áp ngợc lớn nhất mà Điốt phải chịu :
U

nmax
=
2
U
2
=310,2 (V).
Từ các thông số trên ta chọn 2 Điôt KY719 có các thông số sau:
- Điện áp ngợc của van: U
n
= 360(V)
- Dòng điện định mức của van: I
đm
= 60(A)
- Đỉnh xung dòng điện: I
pik
= 400(A)
- Dòng điện rò : I
r
= 0,01(mA)
- Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của điốt : U =1,1(V)
- Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :T
max
= 150
o
C
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 21
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS

Tính toán chọn thiết bị bảo vệ van thyristor công suất
Trong quá trình van hoạt động thì van phải đợc làm mát để van không bị phá

hỏng về nhiệt vì vậy ta đã tính toán chế độ làm mát cụ thể cho van rồi. Tuy nhiên, van
cũng có thể bị hỏng khi van phải chịu tốc độ tăng dòng, tăng áp quá lớn.Nhng vì dòng
chỉ tăng khi qua thyistor trong thời gian rất ngắn 1
ữ
3s nên van có thể chịu đợc. Để
tránh hiện tợng quá áp trên van dẫn đến hỏng van ta phải có những biện pháp thích hợp
để bảo vệ van. Biện pháp bảp vệ van thờng dùng nhất là mắc mạch R, C song song van
để bảo vệ quá áp và mắc nối tiếp cuộn kháng để hạn chế tốc độ tăng dòng.




Các thiết bị bán dẫn nói chung cũng nh Thyristor rất nhạy cảm với điện áp và tốc độ biến
thiên điện áp (
dt
du
) đặt lên nó .
Các nguyên nhân gây nên quá áp thì chia thành hai loại :
- Nguyên nhân bên ngoài : Do cắt đột ngột mạch điện cảm,do biến đổi đột ngột cực
tính của nguồn, khi cầu chảy bảo vệ đứt hoặc khi có sấm sét.
- Nguyên nhân bên trong ( nội tại ) : Khi van chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái
khoá, do sự phân bố không đều điện áp trong các van mắc nối tiếp. ở đây ta quan tâm
đến việc bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân bên trong gây ra.
Nguyên nhân quá điện áp trên van là do sự suất hiện dòng điện ngợc chảy qua mỗi
van khi nó chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khoá. Dòng điện ngợc này suy giảm
rất nhanh do vậy sẽ suất hiện sự quá điện áp
dt
di
LU
qda

=

Để khắc phục hiện tợng quá điện áp này ta dùng mạch R-L-C nhng do mạch đã
có tính chất điện cảm nên ta chỉ cần dùng mạch R-C đấu song song nh hình vẽ.
Theo kinh nghiệm
Chọn :R = 100 ; C= 0,5 àF
Khi van khóa dòng điện ngợc sẽ chuyển từ van sang mạch bảo vệ
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 22
Ti
R
C
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Chơng 3
Thiết Kế và tính toán Mạch điều khiển
I. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển.
1. Thyristor chỉ mở cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện :
U
AK
> 0
I
G
> 0
Khi thyristor chuyển sang trạng thái dẫn thì cực điều khiển không còn tác dụng.
Thyristor chỉ trở về trạng thái khoá nếu dòng điện I
A
< I
H
.
( I
H

: dòng điện duy trì )
Chức năng của mạch điều khiển :
+ Điều chỉnh đợc vị trí xung trong phạm vi nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt lên A-
K của thyristor.
+ Tạo ra đợc các xung đủ diều kiện mở thyristor, độ rộng xung t
x
đợc tính theo
biểu thức:

dtdi
I
t
H
x
/
=
di/dt : tốc độ biến thiên dòng tải.
2.Cấu trúc mạch điều khiển thyristor.
U
AK
: điện áp điều khiển ( điện áp một chiều ).
U
t
: điện áp tựa ( đồng bộ với điện áp A-K của thyristor ).
Hiệu điện áp | U
đk
- U
t
| đa vào khâu so sánh.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 23

Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
a. Trigơ: đầu ra nhận đợc một chuỗi xung chữ nhật.
b. Khâu tạo xung.
c. Khâu khuếch đại xung.
d. Khâu biến áp xung.
Thay đổi U
đk
có thể điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển tức là điều chỉnh đợc góc

3. Nguyên tắc điều khiển.
Có hai nguyên tắc:
a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:
U
đk
+ U
t
đa đến đầu vào của một khâu so sánh, bằng cánh làm biến đổi U
đk
ta có
thể điều chỉnh đợc thời điểm xuất hiện xung tức là điều chỉnh đợc góc

.
Khi U
đk
= 0 ta có

= 0
Khi U
đk
< 0 ta có

> 0
Quan hệ giữa

và U
đk
nh sau :
maxt
dk
U
U

=
Ta lấy U
đkmax
= U
tmax
.
b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos.
Nguyên tắc này dùng hai điện áp :
Điện áp động bộ U
t
vợt trớc điện áp A-K của thyristor một góc bằng /2.
( Nếu U
AK
= Asin

t thì U
t
= Bcos

t ).
U
AK
có thể điều khiển đợc theo hai hớng dơng và âm. U
t
+ U
đk
đợc đa đến đầu vào
khâu so sánh. Khi U
t
+ U
đk
= 0 ta nhận đợc một xung ở đầu ra của khâu so sánh.
U
đk
+ Bcos

= 0


= arccos( -U
đk
/B ).
Thờng lấy B = U
đkmax
.
Khi U
đk
= 0 thì

=

/2.
Nguyên tắc này đợc sử dụng trong các thiết bị chỉnh lu chất lợng cao.
Nhận xét: Yêu cầu của điều áp xoay chiều ba pha có thể dùng nguyên tắc điều khiển
thẳng đứng tuyến tính vì nó đơn giản và đáp ứng đợc yêu cầu mạch lực.
Điều khiển thyristor trong sơ đồ chỉnh lu hiện nay thờng gặp là điều khiển theo nguyên tắc
thẳng đứng tuyến tính. Nội dung của nguyên tắc này có thể mô tả theo giản đồ hình dới
đây:
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 24
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của thyristor, để có thể điều khiển đợc
góc mở

của thyristor trong vùng điện áp+anod, ta cần tạo một điện áp tựa dạng tam
giác, ta thờng gọi là điện áp tựa hay điện áp răng ca U
rc
. Nh vậy điện áp tựa cần có trong
vùng điện áp dơng anod.
Dùng một điện áp một chiều U
đk
so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm (t
1
,t
4
) điện áp
tựa bằng điện áp điều khiển (U
rc
=U

đk
), trong vùng điện áp dơng anod, thì phát xung điều
khiển X
đk
. Thyristor đợc mở tại thời điểm có xung điều khiển (t
1
,t
4
) cho tới cuối bán kỳ
(hoặc tới khi dòng điện bằng 0).
ii. Sơ đồ khối mạch điều khiển
Để thực hiện đợc ý đồ đã nêu trong phần nguyên lý điều khiển ở trên, mạch điều
khiển bao gồm các khối cơ bản trên hình vẽ sau:
Nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ điều khiển.
-Khối đồng pha: có nhiệm vụ tạo điện áp tựa U
rc
(thờng gặp là điện áp dạng răng ca
tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của thyristor.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41 25
Tạo điện
áp tựa
Khối so
sánh
Tạo dạng
xung vuông
Dao động
tạo xung
vuông
Khuyếch đại
và tạo xung

đầu ra
Tiristo
Tạo điện
áp điều
khiển
Tạo tín
hiệu
U
đk
o
Khối đồng pha