đồ án thiết kế ác quy nạp tự động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
MỞ ĐẦU
Nguồn điện một chiều được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ ứng
dụng trong sinh hoạt đến ứng dụng trong quốc phòng, công nông nghiệp, các ngành
khoa học kỹ thuật và trong sản xuất công nghiệp hiện đại.
Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chưa từng thấy, nhất
là lĩnh vực điện tử, tin học, tự động hoá, đo lường điều khiển, v.v… các thiết bị điện
tử trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, các dụng cụ đo lường tự động, các hệ
thống điều khiển với độ chính xác cao, các loại máy tính điện tử với tốc độ tính toán
nhanh được ứng dụng trong công nghiệp, trong đo lường và điều khiển, v.v… hầu
hết đều cần một nguồn cung cấp điện một chiều để hoạt động. Chính vì vậy đòi hỏi
có một nguồn điện một chiều tương ứng; đáp ứng được những nhu cầu mới, như có
điện thế, dòng điện lớn, kích thước gọn nhẹ, làm việc tin cậy, chính xác, độ ổn định
cao, khả năng làm việc lâu dài, chịu được các điều kiện môi trường làm việckhác
nhau. các nguồn điện một chiều này có thể là các loại pin, ắc qy, nhưng phổ biến
hơn vẫn là nguồn điện một chiều từ ắc quy. Do vậy việc thiết kế một bộ nguồn cung
cấp là rất quan trọng và thiết thực. Trong đó có việc thiết kế một bộ nạp ắc quy tự
động và liên tục cũng được rất chú trọng.
Vấn đề lớn ở đề tài này là chế độ nạp cho ắc quy như thế nào? công nghệ nạp
ra sao ? có rất nhiều phương pháp điện cho ắc quy
+ Nạp với dòng điện không đổi
+ Nạp với điện áp không đổi
+ Nạp vừa dòng, vừa áp
Trong đồ án này ta dùng phương pháp nạp vừa dòng, vừa áp bởi vì khi nạp
đòi hỏi tốc độ nhanh, thời gian ngắn và điện áp ắc quy phải đầy và đủ.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
NỘI DUNG ĐỒ ÁN GỒM 4 CHƯƠNG
Chương I- Ắc quy và công nghệ nạp ắc quy
I- Giới thiệu tổng quan về ắc quy và công nghệ nạp

II- Cách phân loại
III- Cấu tạo
IV-Các quá trình hoá học
V- Các đặc tính phóng nạp điện của ác quy
VI- Các phương pháp nạp điện
VII- Các bảo quản ác quy
Chương II: Tính chọn phương án
I- Trình bầy các sơ đồ chỉnh lưu
II- Nguyên lý hoạt động
III- Phân tích ưu nhược điểm của từng phương án
IV- Đánh giá lựa chọn phương án
Chương III: tính mạch Lực
I - tính chọn van
II- tính toán máy biến áp
Chương IV: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển
I- Trình bầy mục đích và yêu cầu
II- Nguyên tắc điều khiển
III- Tính toán và lựa chọn các linh kiện cho mạch điều khiển
Để hoàn thành đồ án này, ngoài sự cố gắng của bản thân, còn có sự giúp đỡ
tận tình của thấy giáo Võ Minh Chính và các thầy cô trong bộ môn " Tự động hoá
xí nghiệp- công nghiệp" - Trường ĐHBK - Hà Nội . Trong đó cũng phải kể đến
những cuốn tài liệu tham khảo của các giáo sư tiến sỹ đã dày công nghiên cứu và
được nhà xuất bản KH-KT in Ên và phát hành. Điều đó tạo điều kiện thuận lợi cho
em được tiếp thu, học hỏi, nghiên cứu để đồ án : thiết kế. Bộ nạp ác quy tự động
được hoàn thành ./.
SINH VIÊN
Nguyễn Văn Quân
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 

CHƯƠNG I
ẮC QUY VÀ CÔNG NGHỆ NẠP ẮC QUY
I- GIỚI THIỆU VỀ ÁC QUY
Ắc quy là loại nguồn điện hoá học, có thể biến điện năng thành hoá năng và
ngược lại biến hoá năng thành điện năng. Quá trình biến hoá năng thành điện năng
gọi là quá trình phóng điện và quá trình biến điện năng thành hoá năng gọi là quá
trình nạp điện
Ắc quy là nguồn điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi và làm việc dựa
trên hiện tượng điện - hoá học. Ắc quy sản xuất ra phải bảo đảm các tính năng về
điện theo quy định .
+ Sức điện động lớn và Ýt thay đổi khi phóng, nạp điện
+ Ắc quy phải làm việc thuận nghịch, nghĩa là hiệu suất năng lượng gần
100%.
+ Điện trở trong nhá
+ Dung lượng cho một đơn vị trọng lượng và một đơn vị thể tích phải lớn
+ Tự phóng điện
II- Phân loại ắc quy
Trong điều kiện hiện nay có rất nhiều loại ắc quy khác nhau được sản xuất
tuỳ thuộc vào những điều kiện, yêu cầu cụ thể của từng loại máy móc, dụng cụ, điều
kiện làm việc, cũng như những tính năng kinh tế kyc thuật của ắc quy. Có thể liệt
kê một số loại sau :
- Ắc quy chì ( hay ắc quy axít)
- Ắc quy kiềm
- Ắc quy không lamen và ắc quy kín
- Ắc quy kẽm - bạc và ắc quy catmi- bạc
Tuy nhiên trên thực tế thì ắc quy axits và ác quy kiềm được sử dụng nhiều
hơn. nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay là ắc quy axít; vì so với ắc quy kiềm
nó có một vài đặc tính tốt hơn như : sức điện động của mỗi bản " cặp bản " cực cao
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
hơn và có điện trở trong nhỏ . Vì vậy trong đồ án này ta chọn loại ắc quy a xít để
nghiên cứu và thiết kế .
III- Cấu tạo của ắc quy a xít.
1- Vỏ bình
Vỏ thường làm bằng những nguyên liệu cách điện như nhựa, cao su cứng (ê
bônít) đúc thành hình hộp, được chia thành nhiều ngăn, chịu được khí hậu nóng,
lạnh va chạm mạnh và chịu được a xít.
Ở đáy của mỗi ngăn có bốn sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trốn giữa
đáy bình và mặt dưới của khối bản cực, tránh được hiện tượng chập mạch giữa các
bản cực do chất kết tủa rơi xuống đáy bình gây nên.
2- Tấm ngăn
Tấm ngăn được ghép giữa các bản cực âm và các bản cực dương để tránh
hiện tượng chập mạch giữa các điện cực khác dấu.
3- Phân phối bản cực âm
Các bản cực âm ghép song song với nhau tạo thành khối bản cực âm. Chất
hoạt động của bản cực âm là chì xốp.
4- Phân khối bản cực dương
Các bản cực dương cũng được ghép song song nhau tạo thành khối bản cực
dương.
Chất hoạt động ở bản cực dương là PbO2 ( bi ô xít chì )
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
(+)
L¸ c¸ch ®iÖn
CÊu t¹o
b¶n cùc
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Để tăng dung lượng và sức điện động của ắc quy, người ta đấu nối nhiều bản
cực nối tiếp nhau dương- âm xen kẽ nhau trong một ngăn giữa (+) và (-) cách nhau

bằng một lá cách điện.
5- Dung dịch điện phân
Dung dịch điện phân là a xít sun fua ric ( H
2
SO
4
)
Nồng độ dung dịch điện phân a xít sun fua ric P = 1,1 - 1,3g/cm
3
Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động của ắc
quy.
6- Cầu nối
Cầu nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn ắc quy này với đầu
cực dương của ngăn ắc quy tiếp theo.
7- Nắp nút: Nắp đậy vỏ bình cũng được làm bằng nhựa hoặc bằng cao su
cứng, nắp có các lỗ để đổ dung dịch vào bình và đầu cực và nút đậy để điện dịch
khỏi đổ ra.
IV- Quá trình hoá học trong các ắc quy a xít
Trong ắc quy axít thường xảy ra hai quá trình hoá học thuận nghịch đặc
trưng là quá trình nạp và phóng điện
Khi nạp điện, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử "e" chuyển
động từ các bản cực âm đến các bản cực dương, đó là dòng điện nạp In
Khi phóng điện, dưới tác dụng của sức điện động riêng của ắc quy các điện
tử sẽ chuyển động theo hướng ngược lại ( từ (+) đến (-) và tạo thành dòng điện
phóng Ip
Khi ắc quy đã được nạp no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO
2
, còn
ở các bản cực âm là chì xốp Pb. Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bản cực
đều trở thành sun phát chì PbSO

4
có dạng tinh thể nhỏ.
Phương trình hoá học xảy ra trong ắc quy a xít:
Trên bản cực dương :
PbO
2
+ 3H+ HSO
4
+ 2e = PbSO
4
+ H
2
O
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Trên bản cực âm :
Pb + H
2
SO
4
= PbSO
4
+ 2e + 2H
Trong trường hợp tổng quát có thể đặc trưng các quá trình bằng bảng sau:
Trạng thái
của ắc quy
Bản cực dương
Dung dịch
điện phân

Bản cực âm
Đã được nạp
no
Đã phóng hết điện
PbO
2
(oxít chì)
PbSO
4
(sun fát chì tinh thể
nhỏ)
2 H
2
SO
4
(a xít sun fua ríc)
2 H
2
0
(nước)
Pb
(chì xốp
nguyên chất)
PbSO4
(sun fát chì tinh thể
nhỏ )
Như vậy, khi phóng điện a xít sun fua ric bị hấp thụ để tạo thanh sun phát,
còn nước thì bị phân hoá ra , do đó nồng độ của dung dịch giảm đi. Khi nạp điện thì
ngược lại, nhờ hấp thụ nước và tái sinh ra a xít sun fua ric nên nồng độ của dung
dịch tăng lên . Sự thay đổi nồng độ của dung dịch điện phân khi phóng và nạp là

một trong những dấu hiệu để xác định mức phóng điện của ắc quy trong sử dụng.
V- Các đặc tính của ắc quy a xít
Trong phần này ta chỉ nêu một vài đặc tính chủ yêu của ắc quy a xít và để
đơn giản ta chỉ xét đặc tính của một ắc quy đơn:
1- Sức điện động (SĐĐ) của ắc quy :
SĐĐ của ắc quy phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực tức là phụ
thuộc vào đặc tính lý hoá của vật liệu để làm các bản cực và dung dịch điện phân,
không phụ thuộc vào kích thước của các bản cực.
SĐĐ của ắc quy phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch điện phân được xác
định bằng công thức thực nghiệm sau:
Eo= 0,85 + P( 1- 1 )
Với E0 - SĐĐ tĩnh của ắc quy đơn. SĐĐ tĩnh được đo trong trường hợp ắc
quy không phóng điện và bằng vôn kế đặc biệt.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
P - nồng độ dung dịch điện phân được tính bằng V quy về + 15
0
C
Ngoài ra SĐĐ của ắc quy còn phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch điện
phân. Ví dụ khi nhiệt độ thay đổi từ 20
0
C đến 40
0
C thì SĐĐ của ắc quy đơn giảm từ
2,12 đến 2,096V
2- Các đặc tính nạp và phóng của ắc quy
a- Phân tích quá trình nạp
Trên hình vẽ (H1) là đặc tính nạp bằng dòng điện không đổi, nồng độ dung
dịch khi nạp tăng theo quy luật đường thẳng từ 1,11 g/cm3 đến 1,27g/cm3 ở cuối

quá trình nạp.
Sức điện động E0 1,96V ứng với ắc quy coi là phóng hết điện.
Khi nạp điện trong lòng các bản cực tạo thành a xít sun fua ric và nồng độ
của dung dịch trong các bản cực trở lên đậm đặc hơn nồng độ dung dịch chung, do
đó Eaq khi nạp lớn E0 một lượng bằng ∆E.
Thế hiệu của ắc quy khi nạp :
Un = Eaq + In.Raq ( 1- 2)
In - dòng điện nạp (A)
Un - Thế hiệu của ắc quy trong quá trình nạp
Raq - điện trở trong của ắc quy
∆E - Mức chênh lệch sức điện động trong quá trình nạp.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
(+) (-)
A
V
+
-
S¬ ®å m¹ch n¹p
0
2
4 8 12 18 20
0,5
1
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Ở cuối quá trình nạp SĐĐ và thế hiệu Un tăng lên khá nhanh cùng với các
bọt khí tạo thành trong ắc quy. Khi quá trình nạp kết thúc và chất tác dụng ở các
bản cực đã trở lại trạng thái ban đầu, dòng điện In lúc này chỉ còn tác dụng điện
phân nước thành ô xi và hiđrô và thoát ra dưới dạng các bọt khí. Hiện tượng này
được gọi là sự "sôi" của ắc quy và đó là dấu hiệu của cuối quá trình nạp.

Sự sôi bắt đầu trong ắc quy khi thế hiệu của mỗi ắc quy đơn tăng tới 2,4V rồi
ngay sau đó thế hiệu tăng vọt lên và đến khi đã đạt giá trị tận cùng 2,7V thì ngừng
tăng. Điểm này thực chất đã là điểm cuối quá trình nạp và có thể kết thúc nạp ở đây,
nhưng thường người ta phải tiếp tục nạp khoảng 3 giờ nữa, khi thấy rằng suốt trong
thời gian đó thế hiệu và nồng độ dung dịch của ắc quy không thay đổi thì ắc quy
mới được nạp no.
Sau khi ngắt dòng điện nạp, thế hiệu của ắc quy sụt hẳn xuống bằng Eaq và
sau một khoảng "nghỉ" (tức là sau khi đã cân bằng nồng độ dung dịch và đã thoát
hết bọt khí) ó giảm đến SĐĐ tĩnh cho ddến giá trị E0= 2,11 ÷ 2,12V ứng ới ắc quy
đã được nạp no.
Như vậy những dấu hiệu biểu thị mốc cuối cùng của quá trình nạp:
Thế hiệu và nồng độ dung dịch của ắc quy nừng tăng và chúng phải không
thay đổi trong 3 giờ liền.
Điện lượng cung cấp cho ắc quy khi nạp Quảng ninh tính bằng :
Qn = In. Tn ( 1 - 3)
Tn - là thời gian nạp tính đến điểm cuối quá trình nạp.
3- Trong quá trình ắc quy làm việc do tổn thất về nhiệt và cho quá trình phản
ứng hoá học không hoàn toàn lại nên khi nạp phải cung cấp cho ắc quy một điện
lượng lớn hơn điện lượng nó có thể sản sinh ra khi phóng điện. Ngoài ra, do phải
tiêu tốn thêm năng lượng điện cho việc điện phân nước trong 3 giờ liền nên khi nạp
điện lượng cung cấp cho ắc quy cần phải lớn hơn điện dung Q thu được trong quá
trình phóng khoảng 10 ÷15% nữa ( đặc trưng bằng phần gạch vuông trên hình vẽ )
b- Quá trình phóng
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
S¬ ®å m¹ch n¹p
(+)
A
V
+
-

840 201812
1
0,5
1,27
1,11
Q
p
= I
p
.t
p
5
10
1,75
t
p,
h
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Trên hình (H2) là sơ đồ phóng và đặc tính phóng của ắc quy a xít quá trình
phóng cũng được phân tích tương tự như trên, trong đồ án này ta chỉ quan tâm đến
phương pháp nạp điện cho ắc quy vì vậy ở đây ta không cần nêu chi tiết về đặc tính
phóng của ắc quy a xít.
VI- Các phương pháp nạp điện cho ắc quy a xít.
Để nạp điện cho ắc quy người ta sử dông hai phương pháp :
- Nạp bằng dòng điện không đổi In = const
- Nạp bằng thế hiệu không đổi Un = const
Ở đây trong đồ án này ta kết hợp cả hai phương pháp trên
Bởi vì khi nạp đòi hỏi tốc độ nhanh do đó ta kết hợp cả hai phương pháp
trên.

Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
a- Nạp bằng dòng điện không đổi
Theo phương pháp này, dòng điện nạp được giữ nguyên ở một trị số không
đổi trong suốt thời gian nạp ( nạp một nấc) hoặc trong những trường hợp nạp vội
cho phép nạp hai nấc tức là thay đổi cường độ dòng điện nạp một làan.
Vì dòng điện nạp :
Raq
EaqUn
In
−
=
(1 - 4)
mà Eaq trong khi nạp tăng dần, nên muốn giữ cho In = const trong quá trình
nạp thì phải tăng dần Un. Để thực hiện được việc này nguồn nạp phải có nhiều nấc
điện thế , nếu không phải mắc thêm một biến trở nối tiếp với ắc quy.
Trong trường hợp nạp hai nấc thì nấc thứ nhất kết thúc khi thế hiệu mỗi ắc
quy đơn đạt 2,4V (bắt đầu sủi bọt khí trong ắc quy). Sau đó chuyển sang nấc thứ hai
với cường độ dòng điện nạp giảm đi và kết thúc quá trình nạp ở cuối nấc này.
Theo cách này tất cả các ắc quy không lệ thuộc vào thế hiệu định mức được
mắc nối tiếp với nhau và cần đảm bảo điều kiện :
Un > 2,7. Naq ( 1 - 5 )
Trong đó: Un - Điện áp nạp
Naq - Số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch nạp.
Tất cả các ắc quy phải có điện dung như nhau, nếu không sẽ phải chọn
cường độ dòng điện nạp theo ắc quy có điện dung nhỏ nhất và như vậy ắc quy có
điện dung lớn sẽ phải nạp rất lâu
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy tăng dần, 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

được xác định theo công thức :
R
In
NaqUn 0,2
−
=
(1 - 6)
* Ưu điểm của phương pháp :
Nạp bằng dòng điện không đổi là phương pháp nạp chủ yếu và tổng hợp nhất
, trong đó nạp một nấc là cơ bản, còn nạp hai nấc chỉ áp dông khi cần rút ngắn thời
gian nạp. phương pháp này cho phép chọn tuỳ ý cường độ dòng điện nạp cho thích
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
hợp với từng loại ắc quy. Tất cả các ắc quy mới trước khi đem sử dụng nói chung
đều phải nạp qua cách này.
Phương pháp nạp điện một nấc áp dụng trong trường hợp nạp lẫn lộn cả ắc
quy mới, ắc quy cũ và nạp chữa các ắc quy bị sun fát hoá nhẹ.
* Nhược điểm :
Thời gian nạp kéo dài ( thường 25 đến 50 giờ, riêng ắc quy nạp khô thì ngắn
hơn ) và thường xuyên phải theo dõi, điều chỉnh cường độ dòng điện nạp.
b- Phương pháp nạp với điện áp không đổi
Theo phương pháp này tất cả các ắc quy được mắc song song với nguồn điện
nạp và đảm bảo thế hiệu của nguồn bằng ( 2,3 ÷ 2,5)V trên một ắc quy đơn. Thế
hiệu của nguồn nạp phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3% và được theo
dõi bằng vôn kée
Dòng điện nạp
Raq
EaqUn
In

−
=
(1 - 7) lúc đầu sẽ rất lớn, sau khi Eaq tăng dần
thì In giảm đi khá nhanh. Do dòng điện nạp ban đầu rất lớn nên thời gian nạp giảm
đi nhiều. Trong khoảng 3 giờ đầu ắc quy đã nhận được 80% điện lượng yêu cầu.
Quá trình nạp kết thúc khi dòng nạp rất nhỏ, gần bằng không, còn thế hiệu nạp đạt
( 2,3 d4n2,4)V trên một ắc quy đơn, nên quá trình nạp thực ra mới chỉ đến điểm bắt
đầu sôi đã kết thúc, do đó không thể nạp no cho ắc quy bằng phương pháp này. Như
vậy phương pháp nạp Un = const không thể thay thế cho phương pháp nạp chủ yếu
với In= const đã nói ở trên mà chỉ có thể coi là phương pháp phụ.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
* Ưu điểm của phương pháp
Phương pháp nạp với Un = const có thời gian nạp ngắn hơn và Ýt tốn công,
vì dòng điện nạp tự động giảm theo thời gian không cần phải theo dõi và điều
chỉnh, thích hợp với việc nạp bổ sung cho các ắc quy đang sử dụng.
* Nhược điểm của phương pháp
Không thể cùng lúc nạp cả ắc quy cũ và mới và nạp chữa các ắc quy bị sun
fát hoá; cường độ dòng điện nạp ban đầu rất lớn, tuy không làm hỏng ắc quy nhưng
có hại cho tuổi thọ và điện dung của ắc quy và gây quá tải cho thiết bị nạp nếu
không có cơ cấu hạn chế dòng điện.
VII- Cách bảo quản ắc quy
* Bảo quản thường xuyên
Chăm sóc và sử dụng ắc quy đúng kỹ thuật sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng,
kéo dài tuổi thọ của ắc quy và đảm bảo an toàn cho người, phương tiện sử dụng.
Luôn đảm bảo đủ mức dung dịch điện phân, khi thiếu phải bổ sung bằng
nước cất cho đủ.
Bôi mỡ vào các đầu bọc ắc quy để chống gỉ, thường xuyên lau chùi sạch sẽ,
bề mặt ắc quy phải luôn luôn khô để tránh hiện tượng phóng điện trên bề mặt ắc

quy.
Kiểm tra các nút và không làm bẹp lỗ thông hơi
* Bảo quản trong kho
- Kho chứa ắc quy phải thoáng, nhiệt độ trung bình phải nhỏ hơn 35
0
C
- Kho không để ắc quy chung, ắc quy a xít để riêng, ắc quy kiềm để riêng.
- Nền nhà phải dải nhựa đường và bố trí gọn gàng để tiện vận chuyển ra vào
trong kho.
- Trước khi cất ắc quy phải nạp quá lượng, lau sạch sẽ các nút và vỏ bình.
- Trong thời gian bảo quản mỗi tháng phải nạp một lần và phải đầy với cất.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ NẠP ẮC QUY TỰ ĐỘNG
Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu
- Chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ
- Chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ
- Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha
- Chỉnh lưu điều khiển ba pha
- Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
- Chỉnh lưu 6 pha dùng điện kháng cân bằng
1- Chỉnh lưu điều khiển một pha, nửa chu kỳ
U2
i
d

U
T
T
L
R
θ
i
d
i
d
U
d
α
π 2π
λ
0
U
d
Xác định giá trị trung bình VdId
khi góc α mở , λ sẽ là góc tắt
U
d
=
2
.U
2
sin Wt
- id kéo dài → π → nửa chu kỳ âm
→ U
2

= U
d
= Rid + L
2
=
dt
did
.U
2
sin Wt
→
2
.U
2
sin θ = Rid + x
θ
d
did
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Khi id = 0 θ = α
θ = λ
theo định nghĩa về giá trị trung bình của hàm số
Ta có : U
d
= Rid
U
d
=

Π
2
2.2 U
( cos α - cos λ )
I
d
=
R
U
Π
2
2.2
( cos α - cos λ )
2- Chỉnh lưu điều khiển một pha 2 nửa chu kỳ :
U
1
=
2
U
2
sinωt
U
2
= -
2
U
2
sinωt
R
α

0
π
U
d
L
i
d
2π
T
1
T
2
~
U
1
U
2
U
1
θ
π 2π
0
Ι
0
i
d
Ta có id là dòng liên tục, vì vậy khi biết được góc mở α thì xác định được
góc tắt λ
Khi T
1

mở →
2
.U
2
sin θ = Rid + x
θ
d
did

Ta có U
d
= RI
d
U
d
=
Π
2.22 U
. Cos α
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
I
d
=
R
U
Π
2.22
. Cos α

3- Chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha
R
L
id
T
1
T
2
T
3
T
4
Ud
α
0
i
0
U
d
θ
π
Ιd
θ
0
i
i
θ
Ιd
i
T1,3

T2,4
i
i
Id
0
θ
Ιd
π
Ud
i
2
π
2π
θ
Khi Id là dòng gián đoạn
Id =
R
Ud

I
T
=
22
,sin
2.2
2
1 Id
R
Ud
d

R
U
==
Π
∫
Π
θθ
α

Khi id là dòng liên tục
Id = Id
Ud = Rid → Ud =
α
cos
2.22
Π
U

- Chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng
Id =
R
Ud

Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
I
T
=
Π+Π=

Π
∫
+Π
2/)(.
2
1
αθ
α
α
IddId

Cho thêm 2 đi ốt
I
D
=
θ
α
α
dId.
2
1
∫
+Π
Π

Id ( π + α)/2 π
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
a - Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng

D2
D1
T2
T1
L
R
Ud
θ
θ
θ
θ
a
id
i
d
U
d
i
T1
i
D2
i
T2
i
D1
θ
i
2
θ
U

T2
θ
U
D2
θ
I
d
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
b- Hoạt động của sơ đồ
Khi θ = θ1 cho xung điều khiển mở T1. Trong khoảng θ1, θ2 T1 và D2 cho
dòng chảy qua. Khi U2 bắt đầu đổi dấu, D1 mở ngay, T1 tự nhiên khoá lại dòng Id
= Id chuyển từ T1 sang D1
Khi D1 và D2 cùng cho dòng chảy qua Ud = 0
Khi θ = θ3= Π + α cho xung mở T2, dòng tải id = Id chảy qua D1 và T2 đi
ốt D2 bị khoá lại.
Trong sơ đồ này, góc dẫn của tiristor và đi ốt không bằng nhau.
Góc dẫn của đi ốt là : λ D = Π + α , còn góc dẫn của tisristor
λT = Π - α.
Giá trị trung bình của điện áp tải:
U
d
=
)cos1(
2.2
.sin2.2
1
0
αθθ

+
Π
=
Π
∫
Π
U
dU

Giá trị trung bình của dòng tải :
Id =
R
Ud
Giá trị dòng trung bình qua van :
I
T
=
Π−Π=
Π
∫
Π
2/)(.
2
1
0
αθ
IddId

Qua dòng đi ốt : I
D

=
Π+Π=
Π
∫
+Π
2/)(.
2
1
0
αθ
α
IddId

Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến ap
I2 =
Π
−=
Π
∫
Π
α
θ
α
1.
1
2
IddI
d
Điện áp ngược cực đại đặt lên van
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội

19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Uim =
2
.U2
Công suất máy biến áp :
Sba = 1,93Pd
4- Chỉnh lưu điều khiển 3 pha
Sơ đồ 3 pha hình tia
T3
c
b
T2
a
T1
IdLR
Ud
θ
i
T3
0
0
i
T2
i
T1
0
0
θ
θ

θ
id
0
i
d
U
d
I
d
θ
2π
α α α
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Ua = U2 m sin θ
Ub= U2 m sin ( θ ÷ 120
0
)
Uc= U2 m sin ( θ ÷ 120
0
)
Trong mạch có L nên id là dòng liên tục
id = Id
Góc mở α > 0
U
d
=
θθθθ
dUdUd .sin2.2

2
1
//
2
1
0
2
0
∫∫
ΠΠ
Π
=
Π

Id =
3
;
sin.2 Id
It
R
U
=
θ
- Sơ đồ cầu 3 pha
Gồm 6 tiristor : canot T1, T3 , T5
A nót : T2 , T4 , T6
T
4
T
6

T
1
T
3
R
i
d
L
T
5
T
2
G
U
d
0
θ
1 3
5
6
2 4
θ1
θ2
2π
α
α
Ud = Id.R
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 

Id =
R
Ud
→ I
T
= I
D
=
∫
Π
θ
dId.
2
1
5- Chỉnh lưu 6 pha
Trên sơ đồ có 1 máy biến áp 3 pha, 6 tiristor
1- Cấp nguồn cho T1 T3 T5
2- Cấp nguồn cho T2 T4 T6
→ Làm việc độc lập
T5T1 T3
id
Ud
a
T4 T6 T2
b
c a'
b'
c'
A B C
0

iT1
iT3
id
Ιd
θ
θ
θ
θ
α
θ
iT5
Đối với sơ đồ có 1 máy biến áp 3 pha, 6 tiristor
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
1- Cấp nguồn cho T1 T3 T5
2- Cấp nguồn cho T2 T4 T6
→ Sơ đồ họ làm việc độc lập
c- Nhận xét
Ta phải dùng 2 máy biến áp xung để điều khiển T1, T2 . Tuy nhiên ta lại
cách ly được mạch lực và mạch điều khiển về điện
Sơ đồ chỉ dùng một nửa van điều khiển nên giảm giá thành hệ thống điều
khiển đơn giản hơn.
6- Chọn phương án
Qua phân tích ở trên, với các sơ đồ chỉnh lưu khác nhau ta thấy sơ đồ chỉnh
lưu cầu một pha không đối xứng có:
- Sè van điều khiển Ýt, nên Ýt kênh điều khiển, vốn đầu tư giảm hệ thống
điều khiển đơn giản.
- Mạch lực đơn giản, đảm bảo kinh tế
- Cùng một rải điều chỉnh thì cầu 1 pha không đối xứng điều chỉnh chính xác

hơn.
Những ưu điểm đó đủ đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật và thiết kế ngoài ra nó
còn có ưu điểm kinh tế.
Từ đó ta đi đến chọn phương dùng sơ đồ mạch chỉnh lưu cần 1 pha không
đối xứng.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
CHƯƠNG III
TÍNH MẠCH LỰC
I- Tính van
T2 D2
T1 D1
Rf
Rs
Số liệu: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động
Cho 100 bình ắc quy, mỗi bình 12V mắc song song
Đầu vào 220V , F = 50Hz
Ra : Ud = 120V
Id = 40A
I
A
= 10% dung sai
Máy biến áp công suất cỡ KVA thuộc loại máy biến áp nhỏ, sụt điện áp trên
điện trở lớn khoảng 4%, sụt áp trên điện kháng Ýt hơn khoảng 1,5% . Điện áp sụt
trên hai van khoảng 2V
Ta có Udo = Ud + Σ ∆Ud
Với Σ ∆Ud = ∆U
R
+ ∆U

L
+ ∆Ud = 0,04 Ud + 0,015Ud+ 2V = 0,055UD + 2v
Udo= Ud + 0,055Ud + 2V
Udo= 1,055 Ud + 2v
Udo = 1,055 . 120 + 2V
Udo= 128 (v)
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 
Giá trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp để có phạm vi điều
chỉnh khi đầu vào dao động, ta chọn α = 30
0

Có : Udo =
)cos1(
2.2
α
+
Π
U
U2 =
)(160
)8,1(4,1
9,401
)30cos1(2
128.14,3
)cos1(2
.
0
v

do
==
+
=
+
Π
α

Tỷ số máy biến áp:
K =
72,0
220
160
1
2
==
U
U

Điện áp ngược lớn nhất mỗi van phải chịu:
Uim =
2
.U2 =
2
.160 = 226 (V)
Dòng điện chỉnh lưu định mức :
Id = 4o (A )
Dòng điện trung bình chạy trên mỗi van
Iv=
2

40
2
=
Id
= 20 (A)
Mạch có công suất nhỏ nên sử dụng phương pháp làm mát tự nhiên , cánh
tản nhiệt gắn vào van kết hợp với đối lưu không khí
Khi đó : Ilv = 25% I van
Iv =
25,0
20
25,0
=
LV
I
= 80 (A)
Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua mỗi pha thứ cấp biến áp
I2 = Id.
Π
Π
−=
Π
−
6
1.401
α
= 36,2 (A)
Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua mỗi pha sơ cấp biến áp :
I1 = K.I2 = 0,72. 36,5 = 26,2 (A)
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội

25