BÀI BÁO CÁO THỰC TẬP -THIẾT KẾ CHO MẠCH NẠP ACQUY

1

Mục lục:
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 3
1.1.Ứng dụng của ácquy 3
1.2. Ácquy axít 3
1.2.1. Cấu tạo của bình ácquy axít 3
1.2.2.Quá trình hóa học trong ácquy axít 5
1.3.Acquy kiềm 6
1.3.1.Cấu tạo của ácquy kiềm 6
1.3.2.Quá trình hóa học trong ácquy kiềm 6
1.4.Sự khác nhau giữa ácquy axít và ácquy kiềm 7
1.5.Các thông số cơ bản của ácquy 8
1.5.1.Sức điện động của ácquy 8
1.5.2.Dung lượng của ácquy 9
1.6.Đặc tính phóng nạp của ácquy 9
1.6.1.Đặc tính phóng của ácquy 9
1.6.2.Đặc tính nạp của ácquy 10
1.7.Các phương pháp nạp ácquy tự động 12
1.7.1.Phương pháp nạp dòng điện 12
1.7.2.Phương pháp nạp điện áp 13
1.7.3.Phương pháp nạp dòng áp 13
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT 15
2.1.Các mạch chỉnh lưu 15
2.1.1.Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha 15
2.1.2.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha đối xứng 16
2.1.4.Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng 20
2.2.Chọn mạch chình lưu phù hợp 21
2.3.Tính toán các thông số với mạch đã chọn 21
2.4.Mạch bảo vệ Tiristor 23
2.5.Tính toán máy biến áp 24

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN 27
3.1.Yêu cầu và nguyên tắc điều khiển 27
3.1.1.Mục đích và yêu cầu 27
3.1.2.Nguyên tắc điều khiển 28
3.2.Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch 30
3.3.Sơ đồ khối và chức năng 32
3.3.1.Khâu đồng pha 32
3.3.2 Khối tạo xung đồng bộ 32
3.3.3.Khối tạo điện áp răng cưa 33
3.3.4.Khối phản hồi dòng điện 34
3.3.5.Khối phản hồi điện áp 35
3.3.6.Khối chuyển mạch nạp 35
3.3.7.Khối tạo xung chùm 36
3.3.8. Khối khuyếch đại xung và biến áp xung 37
2

3.4. Mạch điều khiển 40
3.4.1.Dạng điện áp 41
3.4.2.Nguyên lý hoạt động của sơ đồ 41
3.5.Khối nguồn nuôi mạch điều khiển 41
3

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
1.1.Ứng dụng của ácquy
Acquy là một nguồn điện dược tích trữ năng lượng điện dưới dạng hóa năng.
Acquy là nguồn điện một chiều cung cấp cho các thiết bị điện trong công nghiệp
cũng như trong đời sống hằng ngày: như động cơ điện một chiều, bóng đèn, củ
tích điện, các mạch điện tử,… Acquy là nguồn cung câp cho các động cơ khởi
động.
Trong thực tế có nhiều loại acquy nhưng thường gặp nhất là hai loại sau: acquy

axit và acquy kiềm.
1.2. Ácquy axít
1.2.1. Cấu tạo của bình ácquy axít
Bình acquy thông thường gồm vỏ bình, các bản cực, các tấm ngăn và dung
dịch điện phân
• Vỏ bình:
Vỏ bình acquy axit hiện nay được chế tạo bằng nhựa êbônit hoặc anphantonec
hay caosu nhựa cứng. Để tăng độ bền và khả năng chịu axit cho bình, khi chế
tạo người ta ép vào bên trong bình một lớp lót chịu axit là polyclovinyl, lớp lót
này dày khoảng 0,6mm. Nhờ lớp lót này tuổi thọ của acquy tăng lên từ 2-3 lần.
Phía trong vỏ bình tùy theo điện áp danh định của acquy mà chia thành các ngăn
riêng biệt và các vách ngăn này được ngăn cách bởi các ngăn kín và chắc. Mỗi
ngăn được gọi là một ngăn acquy đơn.
Ở đáy các ngăn có các sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống giữa đáy
bình và mặt dưới của khối bản cực, nhờ đó mà tránh được hiện tượng chập mạch
giữa các bản cực do chất tác dụng bong ra và rơi xuống đáy gây lên.
Bên ngoài vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có thể
được gắn các quai xách để việc di chuyển được đễ dàng hơn.
• Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực:
Bản cực gồm cốt hình lưới và chất tác dụng. Cốt đúc bằng hợp kim chì(Pb)-
antimion(Sb) với tỷ lệ (87 – 95)%Pb và (5 – 13)%Sb. Phụ gia antimon thêm vào
có tác dụng tăng thêm độ cứng, giảm han gỉ và cải thiện tính đúc cho cốt.
Cốt để giữ chất tác dụng và phân phối dòng điện khắp bề mặt cực. Điều này có ý
nghĩa rất quan trọng đối với các bản cực dương vì điện trở của chất tác dụng
(oxit chì) lớn hơn rất nhiều so với điện trở của chì nguyên chất, do đó càng tăng
chiều dày của cốt thì điện trở trong của acquy càng nhỏ.
Cốt đúc dạng khung bao quanh, có vấu để hàn nối các bản cực thành phân khối
bản cực và có hai chân để tỳ các sống đỡ ở đáy bình acquy.
Vì điện cốt của bản cực âm không phải là yếu tố quyết định và chúng cũng ít bị
han gỉ nên người ta thường làm mỏng hơn bản cực dương. Đặc biệt là hai tấm

bên của phân khối bản cực âm lại càng mỏng vì chúng chỉ làm việc có một phía
với các bản cực dương.
Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, axit sunfuric đặc và khoảng 3% các muối
axit hửu cơ đối với bản cực âm, còn đối với bản cực dương thì chất tác dụng
4

được chế tạo từ các oxit chì Pb3O4, PbO và dung dịch axit sunfuric đặc. Phụ gia
muối của axit hữu cơ trong bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, độ bền của chất
tác dụng, nhờ đó mà cải thiện được độ thấm sâu của dung dịch điện phân vào
trong lòng bản cực đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hóa học cũng
được tăng lên
Các bản sau khi được chát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện
quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và
nạp với dòng điện một chiều trị số nhỏ. Sau quá trình như vậy, chất tác dụng ở
các bản cực dương hoàn toàn trở thành PbO2 (màu gạch xẫm). Sau đó các bản
cực dương được đem ra rửa, sấy khô và lắp ráp.
Những phân khối bản cực cùng tên trong một acquy được hàn với nhau tạo
thành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn đẻ
nối ra tài tiêu thụ. Với chú ý rằng, nếu ta muốn tăng dung lượng acquy thì ta
phải tăng số bản cực mắc song song trong một acquy đơn. Thường người ta lấy
từ 5 – 8 tấm. Còn muốn tăng điện áp danh định của acquy thì ta phải tăng số bản
cực mắc nối tiếp.
• Tấm ngăn:
Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện với nhau bởi
các tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn được làm rộng hơn
so với các bản cực.
Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực âm và dương,
đồng thời đê đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng acquy. Các tấm
ngăn ở đây phải là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích
hợp để ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản cực.

Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, dày khoảng từ
0,8-1,2mm và có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn một mặt có
dạng sóng hoặc gồ thì hướng về phía bản cực dương nhằm tạo điều kiện cho
dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung dịch
lưu thông tốt hơn.
• Dung dịch điện phân
Dung dịch điện phân trong bình acquy là loại dung dịch axit sunfuric được pha
chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy định tùy thuộc vào điều
kiện khí hậu mùa và vật kiệu làm tấm ngăn. Nồng độ dung dịch axit sunfuric
γ
= (1,1
÷
1.3)g/cm
3

. Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức
điện động của acquy.
Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân. Với
các nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không
quá 1,1 g/cm
3

. Với các nước lạnh, nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới
1,3 g/cm
3

. Trong điều kiện khí hậu ở nước ta thì mùa hè nên chọn nồng độ
dung dịch khoàng (1,25-1.26) g/cm
3

, mùa đông nên chọn nồng độ khoảng
1,27g/cm
3

. Cần nhớ rằng: nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chóng
hỏng bản cực, dễ bị sunfat hóa trong các bản cực nên tuổi thọ của acquy cũng
5

giảm đi rất nhanh. Nồng độ quá thấp thì điện dung và điện áp định mức của
acquy giảm và ở các nươc xứ lạnh thì dung dịch vào mùa đông dễ bị đóng băng.
* Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho acquy :
- Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại axit kĩ thuật thông
thường và nươc không phải là nước cất vì dung dịch như vậy sẽ làm tăng cường
độ quá trình tự phóng điện của acquy.
- Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thủy tinh, sứ hoặc chất dẻo chịu axit.
Chúng phải sạch, không chứa các muối khoáng, dầu mỡ hoặc chất bẩn…
- Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế, tuyệt đối không được đổ nước vào axit
đặc mà phải đổ axit vào nước và dùng đãu thủy tinh khuấy đều.
• Nắp, nút và cầu nối:
Nắp làm bằng nhựa ebonit hoặc bakenit. Nắp có hai loại:
- Từng nắp riêng cho mỗi ngăn
- Nắp chung cho cả bình – loại này cấu tạo phức tạp nhưng độ kín tốt.
Trên nắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào các tấm ngăn và để kiểm tra mức
dung dịch điện phân, nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong acquy.
Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân trong bình
khỏi bị bẩn và sánh ra ngoài. Ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài
lúc nạp acquy.
Nắp một số loại acquy có lỗ thông khí riêng nằm sát lỗ đổ, kết cấu như vậy rất
thuận tiện cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình acquy. Trong trường
hợp này, ở nút không chó lỗ thông khí nữa.

1.2.2.Quá trình hóa học trong ácquy axít
Trong acquy thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch mà đặc trưng là
là qua trình nạp và phóng điện.
Khi nạp điện, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử chuyển động từ
các bản cực dương đến các bản cực âm – đó là dòng điện nạp In.
Khi phóng điện, dưới tác dụng của suất điện động riêng của acquy, các điện tử
sẽ chuyển động theo hướng ngược lại và tạo thành dòng điện phóng Ip.
Khi acquy nạp đã no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO
2
còn tại các bản
cực âm là chì xốp Pb. Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bản cực đều trở
thành sunfat chì PbSO
4
có dạng tinh thể nhỏ.
Khi nạp điện cho acquy sẽ xảy ra phản ứng:
- Ở cực dương:
+
++=+− HSOHPbOOHePbSO 222
42224

(1.1)
- Ở cực âm:

424
22 SOHPbHePbSO +=++
+

(1.2)
- Toàn bộ quá trình xảy ra trong ác quy khi nạp điện là:
6

42224
222 SOHPbOPbOHPbSO
+
+
=
+

(1.3)
Kết quả là tạo thành một điện cực Pb và một điện cực PbO
2
.
Sự phóng điện của acquy sảy ra khi nối hai điện cực Pb và PbO
2
vừa thu được
với tải, lúc này hóa năng được dự trữ trong acquy sẽ chuyển thành điện năng. Ở
đây các điện cực xảy ra các phản ứng ngược của (1.1) và (1.2), nghĩa là trong
acquy sẽ xảy ra phản ứng ngược của (1.3). Acquy sẽ cung cấp dong điện cho
đến khi cả hai điện cực trở lại thành PbSO
4
nhu ban đầu. Sau đó nếu muốn dùng
tiếp thì người ta lại nạp điện cho acquy và cứ thế tiếp diễn.
1.3.Acquy kiềm
1.3.1.Cấu tạo của ácquy kiềm
Acquy kiềm là loại acquy mà dung dịch điện phân được dùng trong acquy là
dung dịch kiềm KOH hoặc NaOH. Tùy theo cấu tạo của bản cực acquy kiềm
được chia làm ba loại:
-Loại acquy Sắt (Fe) – Niken (Ni)
-Loại acquy Cadimi (Cd) – Niken (Ni)

-Loại acquy Bạc Ag) – Kẽm (Zn)
Trong ba loại trên thì loại thứ ba có hệ số hiệu dụng trên một đơn vị trọng lượng
và một đơn vị thể tích là lớn hơn, nhưng giá thành của nó lại cao hơn vì phải sử
dụng khối lượng bạc chiếm tới 30% khối lượng của chất tác dung, do đó loại
này ít được dùng.
Acquy kiềm có cấu tạo tương tự acquy axit, tức nó cũng gồm dung dịch điện
phân, vỏ bình, các bản cực,…
Bản cực của acquy kiềm được chế tạo thành dạng thỏi hoặc không thỏi. Giữa
các bản cực được ngăn bởi các tấm ebonit. Chùm bản cực dương và chùm bản
cực âm được hàn nối như chùm bản cực của acquy axit để đưa ra các vấu cực
cho caquy. Các chùm bản cực được đặt trong bình điện phân và được ngăn cách
với vỏ bình bằng lớp nhựa vinhiplat.
Loại acquy dùng bản cực dạng thỏi thì mỗi thỏi là một hộp làm bằng thép lá trên
bề mặt có khoan nhiều lỗ:
mm3.02.0
÷
=
φ
để cho dung dịch thấm qua. Nếu là
acquy sắt – niken thì trong hộp bản cực âm chứa sắt đặc biệt thuần khiết, còn
trong bản cực dương là hỗn hợp 75%NiO.OH và 25% bột than hoạt tính.
Loại acquy kiềm dùng bản cực không phân thỏi, thì bản cực được chế tạo theo
kiểu khung xương, rồi đem các chất tác dụng có cấu trúc xốp mịn để ép vào các
lỗ nhỏ trên bản cực.
1.3.2.Quá trình hóa học trong ácquy kiềm
Giống như trong acquy axit, quá trình hóa trong acquy kiềm cũng là quá trình
thuận nghịch.
Nếu bản cực trong acquy kiềm là sắt và niken thì phản ứng hóa học xẩy ra trong
acquy như sau:
Trên bản cực dương:

KOHOHNiOHKOHOHNi +=++
−
32
)()(
(1.4)

Trên bản cực âm:
7


−
++=+ OHKOHFeKOHOHFe 2)(
2
(1.5)

Như vậy quá trình nạp điện, sắt hidroxit trên bản cực âm bị phân tích thành sắt
nguyên tố và anion
−
OH . Còn ở bản cực dương,
2
)(OHNi
được chuyển hóa
thành
3
)(OHNi
. Chất điện phân KOH có thể xem như nó không tham gia vào
phản ứng hóa học mà chỉ đóng vai trò chất dẫn điện, do đó sức điện động của
acquy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân. Sức điện động của
acquy chỉ được xác định dựa trên trạng thái của các chất tác dụng ở các tấm cực.

Thông thường acquy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động đạt được
khoảng 1,7 đến 1,85V. Khi acquy phóng điện hoàn toàn sức điện động của
acquy là 1,2 đến 1,4V.
Như vậy điện thế phóng điện của acquy kiềm thấp hơn acquy axit. Nếu ở acquy
axit điện thế phóng điện bình quân là 2V thì ở acquy kiềm chỉ là 1,2V.
Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo chưa dừng lại ở những kết quả đã đạt được,
người ta đã chế tạo được những acquy kiềm mới khá nhỏ và nhẹ, nhưng vẫn có
các thông số kĩ thuật của acquy axit.
Những acquy đang hướng tới việc thay thế các bản cực bằng những hợp kim có
khả năng chống han gỉ, giảm kích thước và tăng tính bền vững. những tạp chất
mơi được trộn vào trong chất tác dụng sẽ cải thiện đạc tính phóng điện của
acquy đáng kể . Nhiều acquy mới đã không có cầu nối trên nắp và kết cấu vỏ
bình cũng thay bằng những vật liệu rất nhẹ nên giảm được chiều dày thành bình,
acquy cũng ít phải chăm sóc hơn.
1.4.Sự khác nhau giữa ácquy axít và ácquy kiềm
Cả hai loại acquy này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc loại
dung kháng và sức phản điện động. Nhưng chúng còn có một số đặc điểm khác
biệt sau :

Acquy axit acquy kiềm

- Khả năng quá tải không cao, dòng
nạp lớn nhất đạt được khi quá tải là
Inmax = 20%C10
_Hiện tượng phòng lớn, do đó ắc
qui nhanh hết điện ngay cả khi
không sử dụng.
_Sử dụng rộng rãi trong đời sống,
_Khả năng quá tải rất lớn dòng
điện nạp lớn nhất khi đó có thể đạt

tới: Inmax = 50%C10
_Hiện tự phóng nhỏ.


_Sử dụng ở những nơi có yêu cầu
8

công nghiệp đặc biệt ở những nơi có
nhiệt độ cao va đập lớn nhưng 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
công suất lớn quá tải thường
xuyên, được 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 trường thấp.
_Giá thành cao.
1.5.Các thông số cơ bản của ácquy
1.5.1.Sức điện động của ácquy
Sức điện động của acquy kiềm và acquy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch
điện phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm
E
o
= 0,85 + ρ ( V ) (1.6)
Trong đó: E
o

- sức điện động tĩnh của acquy ( V )
ρ - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 °C ( g/cm
3
)
ØTrong quá trình phóng điện thì sức điện động E
p
của acquy được tính theo
công thức:
E
p
= U
p
+ I
p
.r
b
(1.7)
Trong đó : E
p
- sức điện động của acquy khi phóng điện ( V )
I
p
- dòng điện phóng ( A )
U
p
- điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (V)
r
b
- điện trở trong của acquy khi phóng điện ( Ω )
ØTrong quá trình nạp điện thì sức điện động E

n
của acquy được tính theo công
thức:
E
n
= U
n
- I
n
.r
b
(1.8)
Trong đó : E
n
- sức điện động của acquy khi nạp điện ( V )
I
n
- dòng điện nạp ( A )
U
n
- điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp điện ( V )
r
b
- điện trở trong của acquy khi nạp điện ( Ω )
9

1.5.2.Dung lượng của ácquy
-Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng
lượng điện của acquy cho phụ tải, và được tính theo công thức :
C

p
= I
p
.t
p

Trong đó : C
p
- dung dịch thu được trong quá trình phóng ( Ah )
I
p
- dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A )
t
p
- thời gian phóng điện ( h ).
-Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng
của ắc qui và được tính theo công thức :
C
n
= I
n
.t
n

Trong đó : C
n
- dung dịch thu được trong quá trình nạp ( Ah )
I
n
- dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )

t
n
- thời gian nạp điện ( h ).
1.6.Đặc tính phóng nạp của ácquy
1.6.1.Đặc tính phóng của ácquy
Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn 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 1.1: Đặc tính phóng của acqui
Từ đặc tính phóng của ắc qui như trên hình vẽ ta có nhận xét sau:
Trong khoảng thời gian phóng từ t
p
= 0 đến t
p
= t
gh
, sức điện động
điện 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
10

hay thi gian phúng in cho phộp tng ng vi mi ch phúng in ca
acquy ( dũng in phúng ).
T thi gian tgh tr i dc ca th thay i t ngt .Nu ta
tip tc cho acquy phúng in sau tgh thỡ sc in ng ,in ỏp ca acquy s
gim rt nhanh .Mt khỏc cỏc tinh th sun phỏt chỡ (PbSO
4
) to thnh trong phn
ng s cú dng thụ rn rt khú ho tan ( bin i hoỏ hc) trong quỏ trỡnh np

in tr li cho acquy sau ny. Thi im tgh gi l gii hn phúng in cho
phộp ca acquy, cỏc giỏ tr E
p
, U
p
, ti tgh c gi l cỏc giỏ tr gii hn
phúng in ca c qui. c qui khụng c phúng in khi dung lng cũn
khong 80%.
Sau khi ó ngt mch phúng mt khong thi gian no, cỏc giỏ tr sc in ng,
in ỏp ca acquy, nng dung dch in phõn li tng lờn, ta gi õy l thi
gian hi phc hay khong ngh ca acquy. Thi gian hi phc ny ph thuc vo
ch phúng in ca acquy (dũng in phúng v thi gian phúng ).
1.6.2.c tớnh np ca ỏcquy
c tớnh np ca acquy l th biu din quan h ph thuc gia sc in
ng , in ỏp v nng dung dch in phõn theo thi gian np khi tr s dũng
in np khụng thay i .
CP = IP.tP
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
UP
Khoảng nghỉ
11

Hinhf1.2: Đặc tính nạp của acqui
Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :
Trong khoảng thời gian từ t
n
= 0 đến t
n
= t
gh
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 tượng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của acquy 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 được biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm
tăng thêm dung lượng phóng điện của acquy.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ 2 ÷ 3 h trong suốt thời gian
đó hiệu điện thế trên các bản cực của acquy và nồng độ dung dịch điện phân
không thay đổi . Như vậy 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. 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 ắc qui là I

n
= 0,1C
10
.
Trong đó C
10
là dung lượng của acquy mà với chế độ nạp với dòng điện định
mức là In = 0,1C
10
thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy.
Ví dụ với acquy C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10%
dung lượng ( tức I
n
= 18 A ) thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy.
12

1.7.Các phương pháp nạp ácquy tự động
1.7.1.Phương pháp nạp dòng điện

Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại
acquy, bảo đảm cho ắc qui được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các
xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho acquy hoặc nạp sử chữa cho các ắc
qui bị Sunfat hoá. Với phương pháp này acquy được mắc nối tiếp nhau và phải
thoả mãn điều kiện :
U
n
≥ 2,7.Naq (1.9)
Trong đó: U
n
- điện áp nạp

N
aq
- số ngăn acquy đơn mắc trong mạch
Trong quá trình nạp sức điện động của acquy 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 được xác định theo công thức :

n
aqn
I
N0,2U
R
−
=
(1.10)

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp
kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức. Để
khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp
với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp hai nấc, dòng
điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ÷ 0,6 )C
10
tức là nạp cưỡng bức và kết
thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C
10

_

Phương pháp nạp dòng điện
A

V

_

+

A

.

.

.

.

.

.

.

.

A

_

_

+

+

D

D
R

R

Un

+

13

1.7.2.Phương pháp nạp điện áp
Phương pháp này yêu cầu các acquy được
mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế
của nguồn nạp không đổi và được tính bằng
(2,3V ÷ 2,5V) cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp
nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp
ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.
Tuy nhiên dùng phương pháp này acquy không
được nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi
chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho acquy
trong quá trình sử dụng.
1.7.3.Phương pháp nạp dòng áp

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được
những ưu điểm của mỗi phương pháp.
Phương pháp nạp dòng áp

D

VR

Un



A

_

_

+
_

+
_

A


+
+

U
n
A

V
14

Đối với yêu cầu của đề bài là nạp acquy tự động tức là trong quá trình nạp mọi
quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt
sẵn thì ta chọn phương án nạp acquy là phương pháp dòng áp.
Đối với acquy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong
khoản thời gian t
n
= 8h tương ứng với 75÷80 % dung lượng acquy ta nạp với
dòng điện không đổi là I
n
= 0,1C
10
. Vì theo đặc tính nạp của acquy 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 8h acquy bắt
đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 10h thì
acquy bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 đến 3h.
Đối với acquy kiềm : Trình tự nạp cũng giống như acquy axit nhưng do khả
năng quá tải của acquy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp
I
n

=0,2C
10
hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp I
n
= 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.
15

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT
2.1.Các mạch chỉnh lưu
2.1.1.Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha
t
t
t
t
U
G
α α α α
G1 G2 G3 G1
U
d
U
I
T1
I
T2

I
T3
I
d
t
0 1
t
2
t
3
t
4
t
0 Π 2Π 3Π
t
t
t

Hình 2.1: Sơ đồ và dạng điện áp mạch chỉnh lưu hình tia ba pha
a.Nguyên lý hoạt động:
t
0
÷ t
1
: T
3
thông U
d
= U
c

, I
d
= I
T3
.
t
1
÷ t
2
: T
1
thông U
d
= U
a
, I
d
= I
T1
.
t
2
÷ t
3
: T
2
thông U
d
= U
b

, I
d
= I
T2
.
t
3
÷ t
4
: T
3
thông U
d
= U
c
, I
d
= I
T3
.
b.Các công thức cơ bản:
- Điện áp trên tải
U
d
=
π
2
1
)(
2

0
)(
td
dtU
∫
π
=
π
2
3
)(2
6
5
6
)sin( 2
t
dtU
∫
+
+
α
π
π
α

=
α
π
cos.3.
2

23
2
U
=
α
π
cos
2
63
2
U

- Dòng điện trên tải:
d
d
d
R
U
I =

- Dồng điện qua van:
3
d
T
I
I =

16

- Giá trị trung bình của điện áp chỉn lưu:

20
17,1 UU
d
=

- Điện áp ngược trên van:
2
45,2 UU
ng
=

- Dòng điện phía thứ cấp: I
2
= 0,58I
d

- Dòng điện phía sơ cấp:I
1
= 0,47I
d
.K
ba

- Công suất tải: P
d
= U
d0
.I
d

- Công suất máy biến áp: S
ba
= 1,35P
d

Nhận xét:
Mạch chỉnh lưu có điều khiển tia 3F có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt động
được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc trong
1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ. Mạch dùng nguồn 3F
nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe.
2.1.2.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha đối xứng
17


T
1
T
3
T
5
T
1
T
6
T
2
T
4
T
6

T
2
I
T1 T4
I
T1
I
T6
I
T3
I
T6
I
T2
I
T5
I
T2
II
T5
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t

t
t
G
U
U
U
d
I
T2,T5
U
ng
T3,T6
I
T1,T4
I
I
d
t
G1
U
U
G2
U
G3
U
G4
U
G5
U
G6

Hình 2.2: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng
a.Nguyên lý hoạt động.
Mỗi Tiristor được phát 2 xung điều khiển.
- Xung thứ nhất xác địnhgóc mở .
- Xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải.
b.Một số công thức cơ bản.
-Điện áp trên tải: U

d
= U

d0
cosα = 2,34U

2
cosα .
-Dòng điện trên tải: I

d
=
U

d
I

d
.
-Dòng điện trung bình qua van: I

T
=
I

d
3
.
-Điện áp ngược đặt lên van: U

ng
=2,45U

2

-Dòng điện phía thứ cấp: I

2
= 0,816I

d
.
-Dòng điện phía sơ cấp: I

1
= 0,816I

d
.K

ba

.
18

-Công suất máy biến áp: S

ba
= 1,05P

d
.
-Công suất tải: P

d
= U

do
I

o
.
Nhận xét:
Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3F thường được sử dụng rộng rãi trong
thực tế, mạch cho ra chất lượng điện áp bằng phảng, dòng điện chạy qua tải liên
tục trong suốt quá trình làm việc. Mạch
chỉnh lưu này thường được áp dụng với
những mạch có công suất lớn vì dòng điện
chạy qua mỗi van chỉ chỉ chạy trong 1/3
chu kỳ.
2.1.3.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba
pha không đối xứng

-Một số công thức cơ bản:
-Điện áp trên tải:
)cos1(
2
63
2
α
π
+=
U
U
d
.
-Dòng điện trên tải: I

d
=
U

d
I

d
.
-Dòng điện trung bình qua van: I

T
=
I

d
3
.
-Điện áp ngược đặt lên van: U

ng
=2,45U

2

-Công suất máy biến áp: S

ba
= 1,05P

d
.
-Công suất tải: P

d
= U

do
I

o

Nhận xét :
Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nhưng chỉnh lưu cầu 3 pha không đối
xứng có quá trình điều chỉnh đơn giản , kích thước gọn nhẹ hơn.

19


Hình 2.3: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng

20

2.1.4.Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng

Hình 2.4: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng

Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng nhau.
Góc dẫn của điốt là :
α+π=λ
D

Góc dẫn của Tiristor là :
α−π=λ
T

Giá trị trung bình của điện áp tải:

∫
π
α
α+
π
=θθ
π

= )cos1(
U2
dsinU2
1
U
2
2d


π
=
2
maxd
U22
U

Do đó :
V
U
U
d
72
22
8,64.
22
max
2
===
π
π

Giá trị trung bình của dòng tải :

t
d
d
Z
U
I =

Dòng qua Tiristor:

π
α−π
=θ
π
=
∫
π
α
2
IdI
2
1
I
ddT

Dòng qua Điốt:
21

∫
α+π
α
π
α+π
=θ
π
=
2
IdI
2
1
I
ddD

Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua sơ cấp máy biến áp:

π
α
−=θ
π
=
∫
π
α
1IdI
1
I
d

2
d2

Nhận xét:
Sơ đồ chỉnh lưu 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.
2.2.Chọn mạch chình lưu phù hợp
- Cả hai phương án dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng cầu ba pha và chỉnh lưu
không đối xứng cầu ba pha đều có nhiều kênh điều khiển, nhiều Tiristor nên giá
thành cao không kinh tế.
- Do yêu cầu của đầu bài, vì số kênh điều khiển ít nên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu
điều khiển cầu 1 pha đông đối xứng. Chúng có một số ưu điểm:
ØHiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu 1 pha đối
xứng.
ØĐơn giản hơn vì số lượng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều
khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn.
ØCùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều
khiển chính xác hơn.
2.3.Tính toán các thông số với mạch đã chọn
Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha không đối xứng
dùng cho mạch lực mạch nạp ắc qui tự động . Phương án này vừa đáp ứng được
yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế.
Như đã phân tích ở trên: Ta chọn phương án thiết kế cho mạch nạp ắc qui là sơ
đồ chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng. Có sơ đồ nguyên lý mạch lực như sau :

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch lực
22

v Số liệu cho trước:
Điện áp nguồn 3 pha : 220/380V ; f = 50 Hz

Yêu cầu đầu ra (Nguồn một chiều tự động nạp acquy ):
U

dmax
= 16.2V
I

dmax
= 80A
v Số liệu tính toán và chọn lựa van.
Từ yêu cầu của đề bài ta có:
- Điện áp thứ cấp của biến áp:
Từ công thức: U

d
=
2U

2
π
.( 1 + cosα )
Điện áp U

d
đạt max khi góc α = 0.
⇒ U

2
=
U

d
.π
2 2
=
16,2.π
2 2
≈ 18V
- Dòng điện trung bình chảy qua van:
I

v
=
I

dmax
2
=
80
2
= 40A
- Điện áp ngược đặt lên van là:
U

ng
= 2.U

2
= 2.18 ≈ 25.5V
Chọn van

Để đảm bảo cho các van hoạt động tốt chúng ta chọn van phải có hệ số dự
trữ về điện áp: k

u
= 1,6 , hệ số dự trữ về dòng điện: k

i
= 1,2.
Do vậy:
- Chúng ta chọn van chịu được điện áp ngược
U

ng
= 25,5.1,6 = 40,8V
- Dòng điện trung bình chảy qua van là:
I

v
= 40.1,2 = 48A
v Với các thông số về dòng điện, điện áp như trên ta tiến hành tra sổ tay
chọn được các van như sau:
- Chọn Tiristor loại : TЧ-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công
suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.3, tr 28 có các thông số như sau:
23

+ Dòng điện trung bình qua van: I

tb
=50A.
+ Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U

ng
=0,1÷1kV.
+ Tổn thất điện áp: ∆U = 1,3V.
+ Thời gian khóa: t

off
= 10,5µs.
+ Tốc độ tăng điện áp:
d

u
d

t
= 100V/µs
+ Tốc độ tăng dòng điện:
d

i
d

t
= 100A/µs
+ Dòng điện điều khiển: I

g
= 0,9A.
+ Điện áp điều khiển: U

g
= 3V
- Chọn Diot loại: B-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công suất” của
Nguyễn Bính, Bảng 1.1, tr 8 có các thông số như sau:
+ Dòng điện trung bình qua van: I

tb
=50A.
+ Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U

ng
=0,1÷1kV.
+ Tổn thất điện áp: ∆U = 0,7V.
2.4.Mạch bảo vệ Tiristor.
Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức,
ta gọi là quá điện áp, vì vậy cần mắc thêm mạch bảo vệ quá điện áp.
Người ta chia ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp:
-Nguyên nhân nội tại: đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn.
Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược hành
trình, tạo 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, của đường dây nguồn dẫn đến các Tiristor. Vì vậy
giữa các anôt và catôt của Tiristor xuất hiện quá điện áp.
-Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như
khi cắt đóng tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ chảy,
khi có sấm sét…
Để bảo vệ mạch quá áp người ta thường dùng mạch L – C, (xem hình bên dưới):
24

Hình 2.6: Mạch bảo vệ Tiristor
Mạch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện
tích khi chuyển mạch gây nên
Mạch R – C đấu giữa các pha thứ cấp của máy biến áp là bảo vệ quá điện áp do
đóng cắt tải ( dòng điện từ hóa ) máy biến áp gây nên.
Thông số của R – C phụ thuộc ào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc độ biến
thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá
máy biến áp .v.v…
v Theo kinh nghiệm đã có ta chọn:
C = 0.22 µF
R = 50 Ω
2.5.Tính toán máy biến áp
- Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp:
U

2
= 1,11.U

dmax
≈ 18V
I

2
= 1,11I

dmax
≈ 89A
- Công suất biểu kiến máy biến áp:
S

2
= U

2
.I

2
= 18.89 = 1602VA.
-Chọn mạch từ 3 trụ , tiết diện tính theo công thức:
25

Q = K
S

2
Cf
.
Trong đó : C - Số trụ mạch từ.
f - Tần số nguồn.
K = 5 ÷ 6
Q = 5.
1602
5.50
≈ 13cm
2

.
Đường kính trụ : d =
4Q
π

=
4.13
π
≈ 4cm.
Chọn lõi thép có tiết diện 13 cm
2

làm bằng vật liệu sắt từ dày 0,2mm, lá thép
dập hình chũ E và chữ I ghép lại.
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B

T
= 1,1T
Chọn chỉ số m =
h
d
= 2,3 ⇒ h = m.d = 2,3.4 = 9,2cm.
Chọn chiều cao trụ h = 9cm.
Tính toán dây quấn:
Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:
W

1
=
U

1
4,44.f.Q.B

T

=
220
4,44.50.13.10
-4

.1,1
= 693 vòng
Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
W

2
=
U

2
U

1
W

1
=
18
220
693 = 57 vòng.
Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:
J

1
= J

2
= 2,75 A/mm
2


Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là:
I

1
=
U

2
I

2
U

1
=
18.89
220
=7.28A
Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
S

1
=
I

1
J

1
=
7,28
2,75
= 2.65mm
2


Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: