ĐỒ án điện tử CÔNG SUẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
: Thiết kế bộ nguồn một chiều nạp tự động cho acquy, với điện áp nguồn là
380V, tần số lưới 50Hz, điện áp acquy 24V, dòng nạp tối đa 40A.
 
- Giới thiệu công nghệ
- Thiết kế mạch lực, thiết kế mạch điều
khiển
- Mô phỏng
- Điện áp nguồn: 380V
- Tần số lưới: 50Hz
- Điện áp acquy: 24V
- Dòng nạp tối đa: 40A

!"!
#$%&'
()*+,-./0
1.1: Khái niệm và cấu tạo của ácquy
1.2: Quy trình biến đổi năng lượng trong acquy
1.3: Các thông số acquy
1.4: Các đặc tính cơ bản của acquy
1.5: Phương pháp nạp điện cho acquy
()1+#2345()5.56"(
2.1: Khái niệm chung
2.2: Tính toán thông số của nguồn nạp
2.3: Lựa chọn phương án chỉnh lưu
2.4: Phân tích chọn phương án chỉnh lưu
2.5: Thiết kế tính toán mạch lực
1

()7+ 8'9
3.1: Yêu cầu chung với mạch điều khiển
3.2: Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển
3.3: Chức năng của các thành phần trong cấu
3.4: Sơ đồ khối mạch tạo xung điều khiển
3.5: Tạo nguồn cho mạch điều khiển
:";<
="3%>?
Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện
Đặng Hồng Hải Nguyễn Văn Thụ
2
@#@
STT NỘI DUNG TRANG
Chương 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ ACQUY 5
1.1 Khái niêm và cấu tạo của acquy 5
1.1.1 Khái niệm 5
1.1.2 Cấu tạo 5
1.2 Quá trình biến đổi năng lượng trong acquy 6
1.2.1 Quá trình nạp điện cho acquy 6
1.2.2 Quá trình phong điện cho acquy 7
1.3 Các thông số của acquy 8
1.3.1 Sức điện động của acquy 8
1.3.2 Dung lượng của acquy 8
1.4 Các đặc tính của acquy 9
1.4.1 Đặc tính phóng của acquy 9
1.4.2 Đặc tính nạp của acquy 10
1.5 Phương pháp nạp cho acquy 11
1.5.1 Nạp với dòng điện không đổi 11
1.5.2 Nạp với điện áp không đổi 12
1.5.3 Phương pháp nạp dòng áp 12

Chương 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU 13
2.1 Khái niệm chung 14
2.2 Tính toán thông số của nguồn áp 14
2.3 Lựa chọn phương án chỉnh lưu 14
2.3.1 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng 14
2.3.2 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng 18
2.4 Phân tích, chọn phương án chỉnh lưu 21
2.5 Tính toán và thiết kế mạch lực 21
2.5.1 Tính toán máy biến áp 23
2.5.2 Tính chọn van và bảo vệ van 27
Chương 3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 33
3.1 Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển 33
3.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển 34
3.3 Sơ đồ khối mạch tạo xung điều khiển 36
3.3.1 Khâu đồng pha và khâu tạo răng cưa 37
3.3.2 Khâu so sánh 38
3.3.3 Khâu khuyếch đại xung và cách ly 40
3.4 Tạo nguồn cho mạch điều khiển 40
3
3.4.1 Tính biến áp xung 41
3.4.2 Tính tầng khuyếch đại cuối cùng 42
3.4.3 Tính chọn bộ tạo xung chùm 43
3.4.4 Tính chọn tầng so sánh 44
3.4.5 Tính chọn khâu đồng pha 45
3.4.6 Tính chọn tụ C
2
và C
6
46
3.5 Tính toán bộ điều chỉnh 46

3.5.1 Bộ điều chỉnh dòng điện 46
3.5.2 Bộ điều chỉnh điện áp 48
#AB CDE
Hiện nay, tự động hóa là một ngành có vai trò vô cùng quan trọng đối với nền công
nghiệp của thế giới. Trong nước, nó cũng đang được ứng dụng, mở rộng phát triển
trong những năm gần đây, bước đầu cho sự tiến tới là một nước công nghiệp hóa_hiên
đại hóa. Tuy vậy, để tự động hóa tồn tại chúng ta cần phải có điện. Nguồn điện có thể
lấy từ điện lưới hoặc từ các nguồn dự trữ như acquy, pin.v.v Đối những loại máy móc,
phương tiện di động như oto,xe máy , cần có một nguồn dự trữ tương đối lớn, bền thì
acquy là sự lựa chọn tối ưu. Do vậy, việc chế tạo nguồn nạp tự động cho acquy là rất
cần thiết và quan trọng.
4
F*+BGBFBHEIFHJKE
*<* :FLBBH MNOEPQRJJKE
*<*<*:.%
- Acquy là nguồn điện hóa học, biến hóa năng thành điện năng, trong đó xảy ra quá
trình hóa học thuận nghịch. Sau khi đã phóng điện, các sản phẩm của phản ứng có thể
dễ dàng tái sinh lại chất hoạt động ban đầu bằng cách nối acquy với nguồn điện một
chiều khác sao cho chiều của nó ngược với quá trình sinh điện.
- Acquy có nhiều loại, nhưng có 2 loại được sử dụng phổ biến là: acquy axit (acquy
chì) và acquy kiềm.
- Trong đồ án, em sử dụng acquy chì axit để nghiên cứu công nghệ và thiết kế nguồn
nạp tự động cho acquy.
*<*<1S8?
Acquy chi axit có cấu tạo gồm: vỏ bình, các bản cực, các tấm ngăn, nắp và dung dịch
điện phân.
- Vỏ bình+được làm bằng nhựa cứng hay ebonit đúc liền khối, không dẫn điện và chịu
được axit. Vỏ bình có các vách ngăn tạo thành các ngăn riêng cho từng acquy đơn.
-Bản cực+được làm bằng hợp kim chì-antimon, hoặc hợp kim chì-canxi. Các bản cực
có gân dọc, ngang hoặc xiên tạo thành những ô chứa chat hoạt động là chì dioxit

(PbO2)ở cực dương và chì xốp pb ở cực âm, tham gia trực tiếp vào các quá trình hóa
học trong thời gian nạp điện và phóng điện. Để tăng số lượng chất hoạt động cùng một
lúc tham gia vào các quá trình hoá học, acquy chế tạo các bản cực cùng tên nối song
song với nhau thành một chùm cực: chùm cực dương và chùm cực âm. Các chùm cực
có kích thước lá cực phù hợp với dung lượng yêu cầu của từng acquy, được lắp song
song với nhau theo kiểu cài răng lược, cứ 11 bản cực dương đến 1 bản cực âm, ở giữa
các lá cực là các lá cánh để ngăn ngừa các lá cực chạm vào nhau.Các chùm cực được
đặt vào các ngăn của acquy, mỗi ngăn là 1 acquy đơn có điện áp là 2V.
- Nắp+nằm trên ngăn không cho bụi bẩn và các vật khác rơi vào acquy,đồng thời ngăn
không cho dung dịch điện phân trào ra ngoài. Trên nắp có các lỗ để đổ điện dịch và
kiểm tra điện dịch có nút vặn chặt, nút có lỗ thông hơi. Sau khi nắp ráp acquy, nắp được
gián liền với vỏ bình. Để xác định cực, ở các đầu cực được đánh dấu “+” và “-“.
- Dung dịch điện phân: dung dịch điện phân là dung dịch axit sunfuric (H2SO4) có thể
dẫn điện. Trong dung dịch điện phân, phân tử chất tan phân li thành ion mang điện tích:
H
2
SO
4
↔ 2H
+
+ SO
4
2-
*<1 KELTUFBVWBX#YTQJKE
- Acquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch, nó tích trữ năng lượng dưới dạng
hóa năng. Quá trình acquy cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện. Qúa
trình acquy dự trữ năng lượng gọi là quá trình lạp điện.
Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình phóng điện, nạp điện acquy:
5
+ Ở cực dương:

PbSO4 – 2e + 2H2O  PbO2 + H
2
SO
4
+ 2H
+
(1.1)
+ Ở cực âm:
PbSO
4
+ 2e + 2H
+
 Pb + 2H
2
SO
4
(1.2)
+Toàn bộ quá trình xảy ra khi acquy nạp điện là:
2PbSO
4
+ 2H
2
O  Pb + PbO
2
+ 2H
2
SO
4
(1.3)
- Kết quả là tạo thành một điện cực Pb và một điện cực PbO

2
. Khi nối hai điện cực này
với tải, hóa năng được dự trữ trong acquy sẽ chuyển thành điện năng. ở các điện cực sẽ
xảy ra các phản ứng ngược với phản ứng (1.1), (1.2), (1.3). Acquy sẽ cung cấp dòng
điện cho đến khi cả hai điện cực trở thành PbSO
4
như ban đầu.
*<1<*K.Z[85'?3/0<
- Nối nguồn điện một chiều vào 2 đầu cực của acquy. Dòng điện một chiều sẽ được
khép kín mạch qua acquy và dòng điện đó đi theo chiều từ cực dương (+) sang cực âm
(-) của nhuồn một chiều.
Hình 1.1 : Sơ đồ phản ứng quá trình nạp
+ Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân bị phân li:
H
2
SO
4
 2H
+
+ SO
4
2-
+ Cation H
+
theo dòng điện đi về phía chum bản cực âm của acquy nối với cực âm của
nguồn điện một chiều và tạo ra phản ứng tại đó:
2H
+
+ PbSO
4

 H
2
SO
4
+ Pb
+ Anion SO
4
2-
chạy về phía chum bản cực dương của acquy nối với cực dương của
nguồn một chiều và tạo ra phản ứng:
PbSO
4
+ 2H
2
O + SO
4
 PbO
2
+ 2H
2
SO
4
- Kết quả: chùm bản cực dương của acquy được nối với cực dương của nguồn một
chiều tạo thành chì oxit (PbO
2
), chùm bản cực âm có (Pb). Như vậy, hai bản cực đã có
sự khác nhau vền cực tính.
Ta thấy rằng, quá trình nạp điện đã tạo ra một lượng axit sunfuric (H
2
SO

4
) bổ xung
vào dung dịch điện diện phân, đồng thời trong quá trình nạp điện còn phân tích ra trong
dung dịch điện phân một lượng khí Hydro (H
2
) và oxi (O
2
), lượng khí này sủi lên như
bọt nước và bay đi do nồng độ dung dịch điện phân trong quá trình nạp tăng lên. Acquy
6
được coi là đầy điện khi quan sát thấy dung dịch điện phân sủi bọt đều (sôi), lúc đó có
thể cắt nguồn nạp, quá trình nạp đã hoàn thành.
*<1<1K.Z[5\']33/0
- Nối hai đầu cực của acquy đã được nạp điện với một phụ tải thì năng lượng điên đã
được tích lũy trong acquy sẽ phóng qua phụ tải, phụ tải được cấp điện. dòng điện trong
acquy sẽ đi theo chiều: từ cực dương (+) của acquy  phụ tải  cực âm (-) của acquy
 dung dịch điện phân  cực dương của acquy
Hình 1.2 : Sơ đồ phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình phóng điện của acquy
+ Quá trình phóng điện trong acquy có những phản ứng xảy ra:
PbO
2
+ 2H
+
+ H
2
SO
4
+ 2e  PbSO
4
+ 2H

2
O
+ Tại cực âm của acquy
Pb + SO
4
2-
 PbSO
4
+ 2e
thế điện động e = 2V
- Như vậy, khi acquy phóng điên thì chì (PbSO
4
) lại được hình thành ở hai chùm

bản
cực của acquy làm cho các bản cực dần trở lại giống nhau, còn dung dịch axit bị phân ra
thành cation 2H
+
, anion SO
4
2-
, đồng thời trong quá trình phóng điện của acquy cũng tạo
ra nước trong dung dịch điện phân, và sức điện động của acquy cũng giảm dần.

*<7 LFI^RJJKE
- Sức điện động của acquy
+ Sức điện động là quá trình sinh ra dòng điện trong nguồn điện hóa học. Sức điện
động của acquy chi axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân:
E
0

= 0,85 + γ (vôn)
trong đó: E
0
là sức điện động tĩnh của acquy đơn, tính bằng vôn
γ là nồng độ dung dịch điên phân ở nhiệt độ 15
o
C tính bằng g/cm
3
+ Trong quá trình phóng điện, sức điện động của acquy được tính bằng công thức:
E
P
= U
P
+ I
P
.r
ap
trong đó: E
P
là sức điện động của acquy khi phóng điện
U
p
là điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện
I
p
là dòng điện phóng
7
r
ap
là điện trở trong của acquy khi phóng điện

+ Trong quá trình phóng điện, sức điện động E
n
của acquy được tính như sau:
E
n
= U
n
– I
n
.r
aq
trong đó: En là sức điện động của acquy nạp điện
In là dòng điện nạp
Un là điện áp đo trên các cực của acquykhi nạp điện
R
aq
là điên trở trong của acquy khi nạp điện
- Dung lượng của acquy
+ Dung lượng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp hoặc tích trữ năng
lượng của acquy, được tính theo công thức:
C
i
= I
i
. t
i
trong đó: C
i
là dung lượng thu được trong quá trình phóng nạp, tính bằng Ah
I

p
là dòng điện phóng, nạp ổn định (A)
*<_L`aFbRJJKE
*<_<*cd5\]33/0
Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức điện
động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng
điện phóng không thay đổi.
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý Hình 1.4 Đường đặc tính phóng của acquy
- Từ đồ thị ta nhận thấy: trong khoảng thơi gian phóng từ t
p
=0 đến t
p
= t
gh
, sức điện
động, điện áp, nồng độ dung dich 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 thừi
gian cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của acquy.
8
- Từ thòi điểm t
gh
trở đi độ dốc đồ thị thay đổi đột ngột.Nếu tiếp tục cho acquy phóng
điện sau t
gh
thì sức điện động của acquy sẽ giảm rất nhanh. Mặt khác, các tinh thể sunfat
chì (PbSO
4
) tạo thành trong những phản ứng sẽ có dạng thô, rắn rất khó hòa tan trong
quá trình nạp điện trở lại cho acquy sau này. Thời điểm t
gh

gọi là giới hạn phóng điện
của acquy, các giá trị: E
p
, U
p
, γ tại t
gh
gọi là các giá trị giới hạn phóng điện cho acquy.
- Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động, điện áp,
nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng
nghỉ của acquy. Thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của acquy.
*<_<1cd85]33/0
- Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điên động, điên
áp của acquy và nồng độ dung dịch điện phaantheo thời gian nạp khi trị số dòng điện
nạp không thay đổi.
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý Hình 1.6 Đường đặc tính nạp của acquy
- Từ đồ thị ta thấy:
+ Trong khoảng thời gian từ t = t
s
, sức điện động, điên áp, nồng đọ dung dịch điện phân
tăng dần.
+ Tới thời điểm t
s
, trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí ( còn gọi là hiện
tượng sôi), lúc này hiệu điện thế giữa các cực của acquy dơn tăng tới giá trị 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, có tác dụng làm cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các
bản cực được biến đổi hoàn toàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của
acquy.
+ Trong thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ 2 ÷ 3h, trong suốt thời gian đó, hiệu điện

thế trên các cực của acquy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi. Như vậy,
9
dung lượng thu được khi acquy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp
no acquy.
+ Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy,nồng độ dung dịch điện
phân giảm xuống và ổn định. Trong thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của acquy
sau khi nạp.
+ Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của acquy. Dòng
điện nạp định mức đối với acquy qui định bằng 0,05C
20
(0,1C
10
).
*<efFfFLfPfBHFQJKE
*<e<*85-,gh''i
jjjjj
- Phương pháp nạp điện với dòng điện không đổi cho phép chọn dòng điện nạp thích
hợp với mọi loại acquy, đảm bảo cho acquy được nạp no. Đây là phương pháp sử dụng
trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho acquy mới hoặc nạp sửa chữa cho
acquy bị sunfat hóa. Với phương pháp này, các acquy được mắc nối tiếp nhau và thỏa
mãn điều kiện:
U
n
≥ 2,7 N
aq
Với: U
n
là điên áp nạp
N
aq

là số nhăn acquy đơn mắc trong mạch nạp
- Trong quá trình nạp, sức điện động của acquy tăng dần, để duy trì dòng nạp không
đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R với trị số:
R=
- Đặc tính nạp:
Hình 1.7 Đặc tính nạp với dòng không đổi
- Nhược điểm của phương pháp này là thờ gian nạp kéo dài. Để khắc phục nhược điểm
nay người ta sử dụng phương pháp nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp
nạp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3 ÷ 1,5).C
10
, và khi acquy bắt
đầu sôi thì nạp nấc thứ hai bằng 0,1.C
10
.
*<e<1<85-,'.5'i
10
- Phương pháp nạp với điện áp không đổi yêu cầu acquy phải mắc song song với nguồn
nạp. Hiệu điên thế cho mỗi ngăn đơn được ổn định và có giá trị từ 2,3 ÷ 2,5 V với độ
chính xác đến 3%.
- Dòng nạp:
I
n
=
Lúc đầu dòng nạp sẽ rất lớn, sau đó khi E
aq
tăng dần lên thì I
n
giảm đi khá nhanh.
+ Ưu điểm: thời gian nạp ngắn, dòng điện nạp tự động giảm dần theo thời gian.
+ Nhược điểm: acquy không được nạp no, vì vậy phương pháp này chỉ dung nạp bổ

xung cho acquy trong quá trình sử dụng.
*<e<7f()5.585gh.5
- Đây là phương pháp tổng hợp và tận dụng được những ưu điểm của hai phương pháp
trên. Để đảm bảo cho thời gian nạp cũng như hiệu xuất nạp, ban đầu ta nạp acquy với
dòng không đổi là 0,5 C
20
. Vì theo đặc tính nạp của acquy, trong đoạn nạp chính thì khi
dòng điện không đổi thì điện áp và sức điện động tải ít thay đổi, do đó đảm bảo tính
đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Đến thời điểm acquy sôi thì ta chuyển sang ở chế độ ổn
áp với giá trị điện áp không đổi cho một ngăn đơn là 2,7V và thường kéo dài từ 2 đến 3
giờ cho tơi khi dòng nạp I
n
= 0 thì kết thúc quá trình nạp.
:";: Từ những đặc điểm của hai phương pháp trên, ta có thể thấy được phương
pháp nạp dòng áp là phương pháp tối ưu để nạp cho acquy. Bởi có những ưu điểm sau:
- Khống chế được dòng nạp,đảm bảo độ bền cho acquy.
- Đảm bảo cho acquy được nap no, đúng yêu cầu công nghệ.
- Quá trình nạp được tự động hóa dễ dàng với độ tin cậy cao.
- Thời gian nạp ngắn hơn các phương pháp khác.
F1+#kJFlfFfFLfFmF#E
11
1<*:FLBBH FE
- Chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một
chiều cung cấp cho phụ tải một chiều.
- Có nhiều phương án chỉnh lưu: chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển,
chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu ba pha. Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của đề tài mà lựu
chọn phương án thích hợp nhằm đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt kĩ thuật và kinh tế.
1<1aFQLFI^RJEnPf
- Với số liệu theo yêu cầu đã cho là:
Điện áp nguồn : 380V, tần số lưới: 50 Hz, điện áp acquy 24V, dòng nạp tối đa là 40 A.

- Bình acquy 24 V sẽ có:
24 ÷ 2 = 12 ngăn.
- Mỗi ngăn nạp đầy điện áp là 2,7 V, nên điện áp nạp đầy bình acquy là:
12 × 2,7 = 32,4 V
- Vậy ta chọn điện áp nạp lớn nhất cho acquy là:
U
n
= U
d
= 33 (V)
- Dòng nạp của bộ nguồn là:
I
n
= I
d
= 40 (A)
- Công suất bên tải là:
P
d
= U
d
× I
d
= 33 × 40 = 1320 (W)
1<7<#kJFlfFLFmF#E
1<7<*<6"(o353'9'pq
- Sơ đồ cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 2.1 có thể coi như 2 sơ đồ chỉnh lưu tia ba
pha mắc ngược chiều nhau, nhóm catot (NK) chung của ba tiristor T
1
, T

2
, T
3
và nhóm
Anot (NA) chung của T
2
, T
4
, T
6
, hai chỉnh lưu này ghép lại cho chỉnh lưu cầu 3 pha điều
khiển đối xứng.
Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu bap ha điều khiển đối xứng
- Hoạt động của sơ đồ:
12
+ Giả thiết T
5
và T
6
đang cho dòng chạy qua V
F
= V
c
, V
G
= V
b
, khi θ = θ
1
= +α, cho

xung điều khiển mở T
1
(vì V
a
> 0). Sự mở của T
1
làm cho T
5
bị khóa lại một cách tự
nhiên V
a
> V
c
. Lúc này T
1
và

T
6
cho dòng chạy qua điện áp trên tải:
U
d
= U
ab
= U
a
- U
b
(2.1)
+ Khi θ = θ

2
= + α cho xung điều khiển mở T
2
,tiristor này mở vì T
6
đang dẫn dòng đặt
V
b
lên anot T
2
. Do V
b
> V
c
, sự mở của T
2
làm cho T
6
bị khóa lại một cách tự nhiên.
Các xung điều khiển lệch nhau một góc lần lượt được đưa đến các cực điều khiển của
các tiristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1…
- Trong mỗi nhóm khi một tiristor mở, nó sẽ khóa ngay tiristor dẫn dòng trước nó, xem
tóm tắt ở bảng sau:
- Giá trị dòng trung bình của điện áp tải:
U
d
=
π
2
63 U

. Cosα (2.2)
- Giá trị trung bình của dòng điện tải:
I
d
= (2.3)
- Giá trị trung bình của dòng chảy qua van:
I
tbv
= (2.4)
- Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van:
U
ngmax
=
6
.U
2
(2.5)
- Công suất máy biến áp:
S
ba
= 1,05P
d
(2.6)
13
- Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp máy biến áp:
I
2
= 0,816.I
d
Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng là cầu mở đồng thời hai

tiristor theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn khi chế tạo, vận hành và sửa
chữa.
Hình 2.3 Dạng điện áp và dòng điện tải trên các phần tử
1<7<1FmF#EDEJfFJBE:FBr:FI^Bst
- Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (NA hoặc NK) có điều khiển và một
nhóm không điều khiển: gồm 3 tiristor và 3 diot như hình 2.4.
14
Hình 2.4 Sơ đồ lắp đặt chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
Hình 2.5 Sơ đồ điện áp và dòng điện của chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
- Hoạt động của sơ đồ:
+ Sơ đồ cầu 3 pha không đối xứng đấu 3 tiristor và 3 diot nối tiếp với nhau làm việc
độc lập trên cùng một phụ tải.
+ Trong sơ đồ U
d1
là thành phần điện áp tải do nhóm catot chung tạo ra, còn U
d2
là
thành phần do nhóm anot chung tạo ra. Vì mạch tải có điện cảm lớn nên dòng tải được
nắn thẳng i
d
= I
d
. Trong khoảng θ đến θ
1
, T
5
và T
6
cho dòng tải i
d

= I
d
chảy qua D
6
đặt
điện thế V
b
nên anot D
2
.
+ Khi θ ≥ θ
1
điện thế catot D
2
là V
c
bắt đầu nhỏ hơn V
b
, diot D
2
mở,dòng tải i
d
= I
d
chảy qua D
2
và

T
5,

U
d
=0.
15
+ Khi θ = θ
2
cho xung điều khiển T
1
mở.
+ Trong khoảng θ
2
và θ
3
,T
1
và D
2
cho dòng tải I
d
chảy qua, D
2
đặt điện thế V
c
lên anot
D
4.
+ Khi θ ≥ θ
3
điện thế catot D
4

là V
a
bắt đầu nhỏ hơn V
c
, diot D
4
mở, dòng tải I
d
chảy
qua D
4
và T
1
, U
d
= 0
+ Góc mở α về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 ÷ π. Điện áp điều chỉnh có thể điều
chỉnh được từ giá trị lớn nhất đến 0.
- Ưu điểm của sơ đồ là dùng ít van điều khiển, hệ số công suất cao.
- Nhược điểm của sơ đồ là số lần đập mạch của góc chỉnh lưu phụ thuộc vòa góc α.
Với góc α nhỏ, dạng điện áp gần như sơ đồ cầu 3 pha đối xứng. Tuy nhiên, khi góc α
tang lên điện áp ra chỉ còn đập mạch 3 lần trong một chu kỳ.
+ Giá trị trung bình của điện áp tải:
U
d
=
U
63
(1 + cosα) (2.8)
+ Giá trị trung bình của dòng điện tải:

I
d
= (2.9)
+ Giá trị trung bình của dòng chảy qua van:
I
tbv
= I
d
= (2.10)
+ Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van:
U
ngmax
=
6
U
2
(2.11)
+ Công suất máy biến áp:
S
ba
= 1,05 P
d
(2.12)
+ Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp máy biến áp:
I
2
= 0,816P
d
(2.13)
1<_fFuaFvFlfFLFmF#E

- Qua phân tích hai sơ đồ chỉnh lưu: cầu 3 pha đối xứng và cầu 3 pha không đối xứng
có nhận xét:
+ Công suất máy biến áp như nhau: P = 1,05 P
d
+ Điện áp ngược cực đại van chịu được đều bằng
6
U
2
.
- Hai sơ đồ cầu 3 pha đối xứng và không đối xứng khác nhau ở chỗ:
+ Sơ đồ cầu 3 pha đối xứng có 6 van điều khiển còn cầu 3 pha không đối xứng có 3 van
điều khiển nên ít kênh điều khiển, vốn đầu tư giảm, hệ thống có điều khiển đơn giản
hơn.
16
- Sơ đồ cầu 3 pha đối xứng có thể điều khiển các tiristor một chách trực tiếp mà không
cần cách li bằng biến áp xung.
- Qua phân tích ở trên, ta lựa chọn phương án dùng sơ đồ cầu 3pha không đối xứng
dùng cho mạch nạp acquy tự động. Phương án này vừa đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật
vừa đảm bảo cho việc thiết kế.

1<eFBV:VMNaFQL PF#k
- Phương án thiết kế cho mạch nạp acquy là sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng,
sơ đồ mạch lực như sau:
Hình 2.6 Sơ đồ mạch lực bộ nguồn nạp
trong đó:+ AT: aptomat làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
+ MBA: máy biến áp làm nhiêm vụ biến đổi điện áp nguồn sao cho phù hợp
với điện áp ra của tải.
+ R
S
: là điện trở lấy tín hiệu phản hồi dùng loại 30A – 70mV

+ AQ: acquy
+ R
f
: điện trở phụ để lấy tín hiệu phản hồi áp, cho mạch ổn định điện đáp.
+ CK: cuộn kháng dùng để hạn chế sự tăng trưởng tốc độ của dòng điện.
+ T1, T3, T5, D2, D4, D6 : là bộ chỉnh lưu dùng để điều chỉnh điện áp xoay
chiều thành điện áp một chiều.
Là đồng hồ đo điện áp và đồng hồ đo dòng điện.
17
1<e<*d?.%.0o.5<
wd?.%8x
- Máy biến áp công suất cỡ KW là loại máy biến áp công suất nhỏ, sụt điện áp khoảng
4%, sụt điên áp trên cuộn kháng khoảng 1,5%, sụt điện áp trên hai van nối tiếp nhau là
2V. Khi đó ta có điện áp chỉnh lưu trên tải:
U
d0
= U
d
+ ∑ΔU
d

với ∑ΔU
d
= ΔU
BA
+ ΔU
CK
+ ΔU
V
= 0,04U

d
+ 0,015U
d
+ 2 = 3,8 (V)

⇒
U
d0
= 33 + 3,815 = 36,8 (V)
- Điện áp sơ cấp là: U
1
= 380 (V)
- Giá trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
Vì dầu vào, điện áp ± 10% nên chọn góc điều khiển α = 35
o
Có : U
d0
=
π
2
63
2 f
U
(1 + cosα)
⇒
U
2f
=
)cos1(63
2

0
α
π
+
d
U
=
)35cos1(63
8,36.14,3.2
o
+
= 17,3 (V)
- Tỉ số máy biến áp : m =
1
2
U
U
f
=
380
3,17
= 0,046
- Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
I
2
= 0,816.I
d
= 0,816.40 = 32,64 (A)
- Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong mỗi pha sơ cấp của máy biến áp:
I

1
= m.I
2
= 0,046. 17,3 = 0,8 (A)
- Công suất của máy biến áp:
P
d
= U
d
.I
d
= 33.40 = 1320 (W)
- Công suất biểu kiến của máy biến áp:
S = 1,05.P
d
= 1,05. 1320 = 1386 (W)
- Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện được tính theo công thức:
Q = .K
fm
S
.
trong đó: K = 4 ÷ 5 nếu là máy biến áp dầu
K = 5 ÷6 nếu là máy biến áp chì
m là số trụ
f là tần số nguồn điện xoay chiều
- Ta sử dụng máy biến áp khô lấy K = 6

⇒
Q =
4

π
.6.
50.3
1386
= 14,5 (cm
2
)
- Ta chọn Q = 14,5 cm
2
. Lõi thép dùng tôn silic loại Э 310 dày 0,35mm.
18
wd?.gy0/S
- Số vôn /vòng = 4,44.B.f.S
trong đó: B mật độ từ cảm, B = 1,1 (T)
f tần số nguồn điện xoay chiều
S tiết diện trụ
+ Vậy số vôn/vòng = 4,44. 1,1.50.14,5.10
-4
= 0,354
- Số vòng dây cuôn sơ cấp máy biến áp:
W
1
= =
354,0
380
= 1073 (vòng)
- Số vòng dây cuộn thứ cấp máy biến áp:
W
2
=

1
2
U
U
.W
1
=
1073
380
3,17
= 49 (vòng)
- Đường kính dây dẫn phía sơ cấp máy biến áp:
d
1
=
J
I
.
.4
1
π
J: mật độ dòng điện, J = 2 A/mm
2
+ Vậy d
1
=
π
2
8,0.4
= 0,72 (mm)

+ Ta chọn d
1
= 0,72 (mm)
- Tiết diện dây dẫn phía thứ cấp:
S
2
= =
2
64,32
= 16,32 (mm
2
)
- Phía thứ cấp chọn dây dẹp bọc sợi thủy tinh (4×4mm, d
2
= 4mm)
wdZ!]3%.0o.5+
- Ta có: Q = a.b
+ Chọn b = 1,25a
+ Vậy Q = 1,25a
2
=> a =
25,1
Q
=
25,1
5,14
= 3,4 (cm)
19
+ Chọn a = 3,4 (cm)
+ Khi đó b = =

4,3
5,14
= 4,26 (cm)
+ Chọn b = 4,3 (cm)
- Gọi h là chiều cao của trụ, ta chon h = 3a. vậy chiều cao của trụ là:
h = 3. 3,4 = 10,2 (cm)
- Số vòng dây trên một lớp của cuôn sơ cấp là:
W
a
=
1
.2
d
khh
cg
−
=
072,0
95,0.5,1.22,10 −
= 102 (vòng)
+ k
c
= 0,95 là hệ số ép chặt
+ h là chiều cao của trụ
+ h
g
là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp, chon 1,5 cm
+ d
1
đường kính dây sơ cấp

- Số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
n
11
= =
102
1073
= 10 (lớp) +53 vòng
vậy ta chọn n
11
= 11 lớp. 10 lớp đầu 102 vòng, lớp 11 có 53 vòng
- Bề dày dây quấn phía sơ cấp là:
e
1
= 11.d
1
= 11.0,072 = 0,792 (cm)
- Số vòng trên một lớp dây ở cuộn thứ cấp: (d
2
là đường kính dây thứ cấp)
W
b
=
2
.2
d
khh
cg
−
=
4.0

95,0.5,1.22,10 −
= 19 (vòng)
- Số lớp dây ở cuộn thứ cấp :
n
22
= = = 2,5 (lớp)
vậy ta chọn n
22
= 3 lớp, hai lớp đầu có 19 vòng, lớp 3 có 9 vòng.
- Bề dày dây quấn phía thứ cấp là:
20
e
2
= 3.d
2
= 3.0,4 = 1,2 (cm)
Giữa dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp đặt một tờ giấy cách điện dày 0,8mm.Ngoài
ra còn tính khoảng cách gông để quấn dây máy biến áp là 0,5 cm
- Vậy khoảng cách khe hở giữa hai trụ của lõi sắt là:
c = 2(e
1
+ e
2
+ 0,08 + 2.0,5)
c = 2(0,792 + 1,2 + 0,08 +1) = 6,144 (cm)
- Độ rộng của mạch từ C là:
C = 3a + 2c = 3.3,4 + 2.6,144 = 22,488 = 22,5 (cm)
- H là chiều cao của mạch từ. Chiều cao mạch từ là:
H = h + 2a
trong đó h: là chiều cao của trụ.

a: độ rông của trụ.
- Vậy H = 10,2 + 2.3,4 = 17 (cm)
trong đó: a = 3,4cm (độ rộng trụ)
h = 10,2 cm (chiều cao của trụ)
H = 17, cm (chiều cao của mạch từ)
c = 6,144 cm (độ rộng cửa sổ)
21
C = 30 cm (độ rộng mạch từ)
1<e<1d4-3-=o>?--3
wd4-3
Trong phần tính máy biến áp ta có:
+ U
2
= 17,3 (V)
+ I
2
= 32,64 (A)
+ I
d
= 40 (A)
- Dòng trung bình chảy trên mỗi van
I
tbv
= = = 13,3 (A)
- Điện áp ngược lớn nhất mỗi van phải chịu.
U
ngmax
=
u
d

K
U
U 66
2
=
trong đó: K
U
hệ số điện áp tải K
U
=
π
63

⇒
U
ngmax
=
6.3
.33
6
π
= 34,6 (V)
- Điện áp ngược mà tiristor cần chọn:
U
ngv
= K
dtu
. U
ngmax
= 1,8 . 34,6 = 62,28 (V)

K
dtu
là hệ số dự trữ điện áp (K
dtu
> 1,6), chọn K
dtu
= 1,8
- Mạch có công suất nhỏ nên sử dụng phương pháp làm mát tự nhiên bằng cách gắn
tản nhiệt vào van kết hợp với đối lưu không khí. Chọn hiệu suất làm mát bằng 25%
- Dòng điện hiệu dụng làm việc của van là:
I
lv
= I
bd
= K
hd
.I
d
K
hd
là hệ số xác định dòng điện hiệu dụng: K
hd
=
3
1
I
lv
= I
hd
=

3
40
= 23,1 (A)
22
- Dòng định mức van:
I
dm
= k
i
. I
lv
= 3,2 . 23,1 = 73,92 (A)
(k
i
= 2,3 là hệ số dự trữ dòng điện)
- Từ các thông số U
ngv
, I
dmv
và bảng 1.1 và 2.1. ký hiệu tiristor, diot trong sách Hướng
Dẫn Thiết Kế Điện Tử Công Suất, ta chọn 3 tiristor loại T10-25 do Nga chế tạo.
+ Dòng điện qua van: I
tb
= 25(A)
+ Đỉnh xung dòng điện: I
p
= 613 (A)
+ Điện áp ngược của van: U
n
= 120 (V)

+ Tổn thất điện áp: ΔU = 1,75 (V)
+ Giá trị điện áp điều khiển: U
dk
= 4 (V)
+ Giá trị dòng điều khiển: I
dk
= 75 (mA)
+ Dòng điện dò: I
r
= 3 (mA)
+ d
i
/d
t
= 40 A/µs
+ d
u
/d
t
= 50 V/µs
+ Thời gian chuyển mạch: t
cm
= 150 (µs)
- Chọn 3 diot loại B50 do Nga chế tạo.
+ Dòng trung bình qua van: I
tb
= 50 (A)
+ Giá trị hiệu dụng của dong điện cho phép chsr ứu diot: I
hd
= 78 (A)

+ Điện áp cực đại: U
im
= 100(V)
+ Tổn thất điện áp: ΔU = 0,6 (V)
+ Dòng điện rò chảy qua diot khi chịu điện áp ngược: I
r
= 10 (mA)
wdo>?--3
Khi van bán dẫn làm việc, có dòng điện chạy qua trên van,sụt áp ΔU, do đó có tổn
hao công suất là ΔP. Tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van dẫn. Mặt khác van bán dẫn
chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép , nếu quá nhiệt độ cho phép các van sẽ
23
bị hỏng. Để van làm việc an toàn không bị chọc thủng về nhiệt phải chọn hệ thống tỏa
nhiêt hợp lý.
- Tính toán cánh tản nhiệt.
+ Tổn thất công suất trên một tiristor.
ΔP = ΔU.I
lv
= 1,75 . 23,1 = 40,425 (W)
+ Diện tich bề mặt tỏa nhiệt:
S
tn
=
τ
.
m
K
P∆

trong đó: + τ là độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường, (chọn nhiệt độ môi trường là

T
mt
= 40
o
C, nhiệt độ làm việc cho phép tiristor T
cp
= 125
o
C, nhiêt độ trên cánh tản nhiệt
là T
lv
= 80
o
C).
τ = T
lv
- T
mt
= 40
o
C
+ K
m
hệ số cánh tản nhiệt bằng đối lưu và bằng bức xạ
K
m
= 8
Cm
w
.

2


⇒
S
tn
=
40.8
425,40
= 0,126 (m
2
)
- Chọn loại cánh tản nhiệt 7 cánh, kích thước mỗi cánh: a.b =10.10 (cm)
- Tổng diện tích tản nhiệt: S
TN
= 7.2.10.10 = 1400 (cm
2
)
- Trong các bộ biến đổi dòng van bán dẫn còn phải có các phần tử bảo vệ sự tăng
trưởng dòng và áp trên van. Trong sơ đồ ta đang xét dòng máy biến áp,nên thành phần
cảm kháng của máy biến áp đã giúp ta bảo vệ sự tăng trưởng của dòng điện. Vì vậy ta
chỉ tính toán bảo vệ quá điện áp.
- Tiristor rất nhạy cảm với điện áp quá lớn, so với điện áp định mức của người ta chia
làm hai nguyên nhân gây quá điện áp.
+ Nguyên nhân bên trong: do sự tích tụ điện tích của các lớp bán dẫn, khi khóa tiristor
bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi lại hành trình tao ra dòng điện ngược
trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra
sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có trong đường dây nguồn
dẫn đến các tiristor . Vì vậy, giữa anot và catot của tiristor xuất hiện quá điện áp.
24

+ Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên, như
sấm sét,quá tải…
- Để bảo vệ quá điện áp người ta thường sử dung mạch R-C:
Mạch RC đấu song song với tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ trong các lớp
bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến
thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các
điện cảm lam cho quá điện áp giữa anot và catot của tiristor khi có mạch R-C mắc song
song với các tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện trong quá trình chuyển mạch nên các
tiristor không bị quá áp.
+ Hệ số quá điện áp:
K =
np
n
Ub
U
.
trong đó: U
np
là giá trị điện áp cực đại cho phép đặt vào van cách không chu kì.
U
n
là giá trị điện áp thực tế đặt trên tiristor hoặc diot
b là hệ số dự trữ về điện áp: b = 1÷2
Chọn b = 1,6 và thay U
np
= 120V, U
n
=
6
U

2
= 34,6 V thay vào công thức trên ta được:
K =
6,34.6,1
120
= 2,16
- Xác định thông số trung gian:
C
*
min(K),
R
*
min(K)
, R
*
max(K)
tra trong sách ta được:
C
*
min(K)
= 0,77; R
*
min(K)
= 0,8; R
*
max(K)
= 1,7
Theo tính toán và theo kinh nghiệm ta chọn:
C = 1(µF) và R = 100(Ω).
25