Thiết kế bộ nạp ác quy tự động với Điện áp nguồn (VAC) 3 x 220 (± 10%),Tần số điện áp 50 Hz, Dung lượng nạp 40 Ah, Số lượng acqui 100

ỏn tt nghip Thit k b np cqui t ng
Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là do em tự thiết kế dới sự hớng dẫn
của TS .Võ Minh Chính. Các số liệu và kết quả trong đề tài là hoàn toàn trung
thực.
Để hoàn thành bản đồ án này, em sử dụng những tài liệu tham khảo đã đợc
ghi ở cuối đồ án, không sử dụng tài liệu nào khác mà không đợc liệt kê ở phần
tài liệu tham khảo cuối đồ án.
Sinh viờn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế bộ nạp ác quy tự động với các thông số sau:
+ Điện áp nguồn (VAC): 3 x 220 (± 10%).
+ Tần số điện áp : 50 Hz
+ Dung lượng nạp : 40 Ah
+ Số lượng acqui : 100
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
LỜI MỞ ĐẦU
Trong đà phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều thành tựu mới đã được áp
dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp, đáp ứng đầy đủ mọi nhu
cầu sử dụng của con người. Cùng với sự phát triển đó Điện_ Tự động hoá đóng
một vai trò hết sức quan trọng. Đặc biệt với Điện tử công suất là một chuyên
ngành của kỹ thuật điện tử nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công
suất trong các sơ đồ biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các tham
số không thay đổi được thành nguồn năng lượng điện với các tham số có thể
thay đổi được cung cấp cho phụ tải điện.
Bộ chỉnh lưu nạp acquy tự động được sử dụng rộng rãi trong nhiều trường
hợp cụ thể là rất quan trọng, nếu thiếu nó sẽ không có nguồn điện vận hành, dự
trữ cho các máy móc thiết bị mà các nguồn năng lượng điện khác không thể
cung cấp đựơc đồng thời không thể đáp ứng được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Đồ án điện tử công suất không chỉ là một bài tập tổng hợp bắt buộc của mỗi

sinh viên Tự động hoá mà còn là một cơ hội giúp sinh viên có cơ hội tìm tòi ứng
dụng cũng như thể hiện ý tưởng sáng tạo của bản thân khi thiết kế mạch điện tử,
hơn nữa đây còn là cơ hội tự kiểm tra củng cố kiến thức làm quen và nâng cao
khả năng độc lập thiết kế sáng tạo những sản phẩm có giá trị thực tế. Do đó khi
thực hiện đồ án chúng em đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, những
công nghệ mới trong lĩnh vực điều khiển các phần tử bán dẫn công suất. Với yêu
cầu thiết kế bộ nạp acquy tự động, chúng em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các
phương án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu
cầu kinh tế. Với hy vọng đồ án là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng được
trong thực tế nên chúng em đã cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ như việc lắp đặt bố trí
thiết bị
Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng
em làm đồ án, trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi
những sai sót, chúng em mong nhận được sự đóng góp của các thầy để giúp
chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề cũng như để đồ án được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Minh Chính đã tận tình hướng dẫn
giúp chúng em hoàn thành bản đồ án.
Ngày 27 tháng 6 năm 2007
Sinh viên
Nguyễn

Văn Bình
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUI
I.Giới thiệu chung về acqui………………….……………………………… 6
I.1. Cấu tạo của bình acqui axit………………………………………….…… 6
I.1.1. Vỏ bình………………………………………….……………………….6

I.1.2. Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực……………………………7
I.1.3.Tấm ngăn…………………………………………….……….………… 8
I.1.4. Dung dịch điện phân………………………… ……………………… 8
I.1.5. Nắp, nút và cầu nối… 9
I.2. Quá trình biến đổi hoá học trong acqui axit.………………………………9
I.3. Các đặc tính của acqui axit……………………….………………… ….10
I.3.1. Sức điện động của acqui axit…………………………………… ……10
I.3.2. Dung lượng của acqui axit………………………………………… …11
I.3.3. Đặc tính phóng của acqui axit…………………………… ………… 11
I.3.4. Đặc tính nạp của acqui axit………….……………………… ……….12
II. Các phương pháp nạp điện cho acqui………………………………….….14
II.1. Phương pháp nạp cho acqui với dòng nạp không đổi………………… 14
II.2. Phương pháp nạp cho acqui với điện áp nạp không đổi……………… 15
II.3. Phương pháp nạp dòng áp……………………………………….………16
II.4. Kết luận………………………….………………………………………16
CHƯƠNG II
PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU
I. Vấn đề chung…………………….……………………………………… 18
II. Một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển Tiristor…………… ………… …….18
II.1. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng……………………………18
II.1.1. Sơ đồ nguyên lí……………………………………………………… 18
II.1.2. Dạng điện áp………………………………………………………… 19
II.1.3. Nguyên lí hoạt động………….……………………………………… 20
II.1.4. Nhận xét……………………………………………………………….20
II.2. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng….………………….21
II.2.1. Sơ đồ nguyên lý và Dạng điện áp……………………… ………… 21
II.2.2. Nguyên lí hoạt động…………….…………………………………… 22
II.2.3. Nhận xét……………………………………………………………….22
II.3. Chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha không đối xứng………………………23
II.3.1. Sơ đồ nguyên lí……………………………………………………… 23

II.3.2. Dạng điện áp……………………….…… ………………………… 24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.3.3. Nguyên lí hoạt động………………….……………………………… 25
II.3.4. Nhận xét……………………………………………………………….26
II.4. Kết luận…………………………….……………………………………26
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC
I. Sơ đồ mạch lực…………………….……………………………………….27
II. Tính toán mạch lực………….…………………………………………… 28
II.1. Tính chọn van………………………….……………………………… 28
II.2. Tính toán mạch bảo vệ quá điện áp…………………………………… 30
II.3. Tính toán máy biến áp………………………………………………… 31
CHƯƠNG IV
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. Mục đích và yêu cầu……………………………………………………….34
II. Sơ đồ khối và chức năng……………………………….………………….35
II.1. Nguyên tắc điều khiển………………………………….……………… 35
II.1.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính……………………… 35
II.1.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”………….……………….36
II.2. Khâu đồng pha………………………………………………………… 37
II.3. Khâu tạo xung đồng bộ……………………………………….…………38
II.4. Khâu tạo điện áp tựa…………………………………………………….39
II.5. Bộ điều chế…………………………………………………………… 40
II.6. Khâu phản hồi………………………………………………………… 41
II.6.1. Khâu phản hồi dòng điện…………………………………………… 41
II.6.2. Khâu phản hồi điện áp……………………………………………… 42
II.6.3. Khâu chuyển mạch nạp…………….……………………………… 43
II.7. Bộ điều khiển……………………………………………………………43
II.8. Khâu tạo xung chùm…………………………………………………….44
II.9. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung…………………………………45

II.10. Khâu nguồn nuôi mạch điều khiển…………… …………………… 49
II.11. Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch…………………………… 52
II.12. Mạch điều khiển…………………….…… ………………………….54
II.12.1. Sơ đồ mạch điều khiển………………….……………………………54
II.12.2. Dạng điện áp…………………………………………………………55
II.12.3. Nguyên lí hoạt động………….………………………………………55
PHỤ LỤC
MÔ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH………….………………………………57
KẾT LUẬN…………………………………………………… ………… 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………70
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUI

I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUI.
Acqui là nguồn hoá hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khác nhau,
nó cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng
như trong dân dụng.
Khi acqui phóng hết dung lượng ta tiến hành nạp điện cho nó và sau đó acqui
lại tiếp tục phóng điện được. Acqui có thể hiện nhiều chu kỳ phóng nạp nên ta
có thể sử dụng được lâu dài.
Trong thực tế kĩ thuật có nhiều loại acqui nhưng phổ biến và thường dùng
nhất là hai loại acqui : acqui axit (acqui chì ) và acqui kiềm. Tuy nhiên trong
thực tế thông dụng nhất từ trước tới nay vẫn là acqui axit vì so với acqui kiềm
thì acqui axit có một vài tính năng tốt hơn như:
+ Sức điện động cao (với acqui ăxit là 2V, ăcqui kiềm là 1,2V ).
+ Trong quá trình phóng, sự sụt áp của acqui axit nhỏ hơn so với acqui kiềm.
+ Giá thành của acqui axit rẻ hơn so với acqui kiềm.
+ Điện trở trong của acqui axit nhỏ hơn so với ăcqui kiềm.
Vì vậy trong đồ án này em chọn loại acqui axit để nghiện cứu công nghệ và

thiết kế nguồn nạp acqui tự động.
I.1. Cấu tạo của bình acqui axit (acqui chì).
Bình acqui thông thường
gồm vỏ bình các bản cực, các
tấm ngăn và dung dịch điện
phân.
I.1.1. Vỏ bình:
Vỏ bình acqui axit hiện nay
được chế tạo bằng nhựa êbônit
hoặc anphantơpéc hay cao su
nhựa cứng chịu a-xít và có khả
năng cứng vững, chống va
đập.
Phía trong vỏ bình tuỳ theo
điện áp danh định của acqui
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 acqui đơn.
1
2
3
1.Vấu bản cực; 2.Chất tác dụng; 3.Cốt bản cực
Hình I.1. Cấu tạo của bản cực
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
Trên mỗi ngăn ắc qui có các nắp làm kín, có nút để kiểm tra và bổ xung dung
dịch điện phân. Trên nút có lỗ thông hơi, tránh cho áp suất trong ngăn ắc qui bị
tăng quá cao trong quá trình thực hiện phản ứng hoá học. Cầu nối bằng chì để

nối tiếp các ngăn của bình ắc qui.
Đáy vỏ bình có làm các gân, một mặt làm tăng độ cứng cho vỏ, mặt khác để
đỡ các phân khối bản cực tránh hiện tượng chập mạch bên trong ắc qui do các
chất tác dụng rơi xuống đáy bình trong quá trình sử dụng.
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 dễ dàng hơn.
I.1.2. Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực:
Phân khối bản cực gồm

có: phân khối bản cực dương v

à phân khối bản cực
âm. 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 xương và chất tác dụng trát lên nó.
Khung xương của bản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc
từ chì có pha thêm 5÷ 8% antimon (Sb) và tạo hình dạng mặt lưới. Phụ gia Sb
thêm vào chì sẽ làm tăng thêm độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành
phần của chất tác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ ) để
tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện
phân dễ thấm sâu vào trong lòng bản cực, đồng thời điện tích thực tế tham gia
phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm. Phần đầu mỗi bản cực
có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc qui đơn được hàn với nhau tạo thành
phần khối bản cực dương, các bản cực âm hàn với nhau tạo thành phân khối bản
cực âm. Số lượng các cặp bản cực trong mỗi ắc qui đơn thường từ 5 ÷ 8, bề dầy
tấm bản cực dương của các ắc qui trước đây khoảng 2mm ngày nay với các công
nghệ tiên tiến đã giảm xuống còn từ 1,3÷ 1,5 mm, bản cực âm thường mỏng hơn
0,2÷ 0,3 mm. Số bản cực âm trong ắc qui đơn nhiều hơn số bản cực dương một
bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực dương.
Các bản sau khi được trát 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 với trị số nhỏ. Sau quá trình như vậy chất tác dụng
ở các bản cực dương hoàn toàn trở thành PbO2 ( màu gạch sẫm). Sau đó các bản
cực dương được đem rửa, sấy khô và lắp ráp.
Những phân khối bản cực cùng tên trong một acqui được hàn với nhau tạo
thành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn để
nối ra tải tiêu thụ.
Với chú ý rằng, nếu ta muốn tăng dung lượng của ăcqui thì ta phải tăng số
tấm bản cực mắc song song trong một acqui đơn. Thường người ta lấy từ 5 ÷8
tấm. Còn muốn tăng điện áp danh định của acqui thì ta phải tăng số tấm bản cực
mắc nối tiếp.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
I.1.3.Tấm ngăn:
Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện 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 cựa bản âm và
dương, đồng thời để đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng acqui.
Các tấm
ngăn ở đây phải là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích
hợp để không ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản cực.
Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, mịn, dày
khoảng từ 0,8÷1,2 mm và có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn
một mặt có hình sóng hoặc gồ 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.
I.1.4. Dung dịch điện phân:
Dung dịch điện phân trong bình acqui là loại dung dịch axit sunfric (H
2
SO
4

)
được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ qui định tuỳ thuộc
vào điều kiện khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn. Nồng độ dụng dịch axit
sunfric γ = (1,1 ÷ 1,3) g/ cm3 . Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn
đến sức điện động của acqui.
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 1,1g/cm3 . Với các nước lạnh (vùng cực), nồng độ dung dịch điện phân cho
phép tới 1,3g/cm3. Trong điều kiện khí hậu nước ta thì mùa hè nên chọn nồng
độ dung dịch khoảng (1,25 ÷ 1,26) g/cm3, mùa đông ta nên chọn nồng độ
khoảng 1,27g/cm3 Cần nhớ rằng : nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm
ngăn, chóng hỏng bản cực, dễ bị sunfat hoá trong các bản cực nên tuổi thọ của
acqui cũng giảm đi rất nhanh. Nồng độ quá thấp thì điện dung và điện áp định
mức của acqui giảm và ở các nước xứ lạnh thì dung dịch vào mùa đông dễ bị
đóng băng.
 Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho acqui:
- Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại kỹ thuật thông
thường và nước không phải là nước cất vì dung dịch như vậy sẽ làm tăng cường
độ quá trình tự phóng điện của acqui.
- Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh, 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 từ từ axit vào nước và dùng que thuỷ tinh khuấy đều.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
I.1.5. Nắp, nút và cầu nối:
Nắp được làm bằng nhựa êbônit hoặc bằng bakelit. Nắp có hai loại:
+ Từng nắp riêng cho mỗi ngăn.
+ Nắp chung cho cả bình - loại này kết cấu phức tạp nhưng độ kín tốt.
Trên lắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào các ngăn và 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 không bị
bẩn và sánh ra ngoài. Ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài lúc nạp
ác quy.
Nắp một số loại ácquy có lỗ thông khí riêng nằm sát lỗ đổ, kết cấu như vậy rất
thuận tịên cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình acquy. Trong trường
hợp này, ở nút không có lỗ thông khí nữa.
Cấu nối thường làm bằng chì, dùng để nối các ngăn acquy đơn với nhau.
I.2. Quá trình biến đổi hoá học trong acquy axit.
Acqui là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới
dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng.Quá trình ắc-qui
cung cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình nạp điện.Phản ứng hoá học biểu
diễn quá trình chuyển hoá năng lượng của ắc qui có dạng:
PbO
2
+2SO
4
H
2
(H
2
O) + Pb SO
4
Pb + 4H
2
O + SO
4
Pb

B/cực dương D/d điện phân B/cực âm B/cực dương D/d điện phân B/cực âm
Trạng thái ắcqui Bản cực dương Dương dịch điện

phân
Bản cực âm
Nạp no
Phóng điện kết
PBO2
PbSO4
H2SO4
H2O
Pb
PbSO4
Bảng I.1: Trình bày trạng thái năng lượng của ắc qui quan hệ với quá trình
biến đổi hoá học của các bản cực và dung dịch điện phân.
Từ bảng I.1. Ta có nhận xét: Trong quá trình phóng, nạp, nồng độ dung dịch
điện phân của ắc qui thay đổi. Khi ắc qui phóng điện, nồng độ dung dịch điện
phân giảm dần; khi ắcqui được nạp điện, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.
Phóng điện
Nạp điện
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái
tích điện của ắcqui.
I.3. Các đặc tính của acqui axit:
Mỗi ngăn của bình acqui là một acqui đơn có đầy đủ các tính chất đặc trưng
cho cả bình. Sở dĩ người ta nối tiếp nhiều ngăn lại thành bình acqui là để tăng
điện áp định mức của bình acqui. Do đó khi nghiên cứu đặc tính của bình acqui
ta chỉ cần khảo sát một bình acqui đơn là đủ.
I.3.1. Sức điện động của acqui axit:
* Sức điện động của acqui axit phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực,
tức là phụ thuộc vào đặc tính lý hoá của vật liệu làm các bản cực và dung dịch
điện phân mà không phụ thuộc vào kích thước của các bản cực.
Sức điện động của ắc qui chì –axít phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện

phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm:
E
0
= 0,85 + γ (V)
Trong đó:
E
0
- Sức điện động tĩnh của ắc qui đơn, tính bằng vôn.
γ - Nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ 15oC, g/cm3 (V)
Trong quá trình phóng điện, sức điện động của ắc qui được tính theo được
công thức:
E
p
= U
p
+ I
p
.r
aq

Trong đó:
E
p
- Sức điện động của ắc qui phóng điện.
I
p
- Dòng điện phóng.
U
p
- Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện.

r
aq
- Điện trở trong của ắc qui khi phóng điện.
Trong quá trình nạp điện, sức điện động En ắc qui được tính theo công thức:
E
n
= U
n
- I
n
.r
aq

Trong đó:
E
n
- Sức điện động của ắc qui nạp điện.
I
n
- Dòng điện nạp.
r
aq
- Điện trở trong của ắc qui khi nạp điện.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
I.3.2. Dung lượng của acqui:
Dung lượng phóng của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng
lượng của ắc qui cho phụ tải, và được tính theo công thức:
C
p
= I

p
.t
p
(A.h)
Trong đó:
C
p
- Dung lượng thu được trong quá trình phóng điện, A.h
I
p
- Dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện t
p
Dung lượng nạp của ắc qui 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
(A.h)
Trong đó:
C
n
: Dung lượng thu được trong quá trình nạp điện, A.h
I
n
: Dong điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện t
n
I.3.3. Đặc tính phóng của acqui axit:

Đặc tính phóng của acqui là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức
điện động, điện áp acqui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng
khi dòng điện phóng không thay đổi.
Hình I.2. Sơ đồ mạch phóng và đặc tính phóng
Vïng phãng ®iÖn cho phÐp
1
0,5
5
10
1,75
1,95
2,11
I (A)
E , U(V)
20
2
1.5
16
t(h)
E
U
Kho¶ng nghØ
C
p
= I
p
t
p
0
4 8 12

t
gh
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
Từ đồ thị ta có các nhận xét sau:
Trong khoảng thời gian phóng từ t
p
=0 cho tới điểm t
p
= t
gh
, sức điện động,
điện áp và nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời
gian này độ dốc của các đồ thị là không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định
hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện (dòng
điện phóng ) của acqui.
Từ thời điểm t
gh
trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột nếu ta tiếp tục cho
acqui phóng điện sau t
gh
thì sức điện động, điện áp của acqui sẽ giảm rất nhanh,
mặt khác các tinh thể sunfat chì (PbSO
4
) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng
thô, rắn, khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho
acqui sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của acqui, các
giá trị Ep,Up,γ tại tgh gọi là các giá trị giới hạn phóng điện cho pho phép của
acqui.
Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động,
điện áp của acqui, nồng độ của dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đó là thời

gian hồi phục hay khoảng nghỉ của acqui, thời gian phục hồi này phụ thuộc vào
chế độ phóng điện của ăcqui (dòng điện phóng và thời gian phóng ).
Để đánh giá khả năng cung cấp điện của acqui có cùng điện áp danh nghĩa,
người ta quy định so sánh dung lượng phóng điện thu được của acqui khi tiến
hành
thí nghiệm ở chế độ phóng điện cho phép là 20h. Dung lượng phóng trong
trường hợp này được kí hiệu là C
20
.
I.3.4. Đặc tính nạp của acqui:
Đặc tính nạp của acqui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện
động, điện áp acqui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số
dòng điện nạp không thay đổi.
ỏn tt nghip Thit k b np cqui t ng
Hỡnh I.3. S mch np v ng c tớnh np
T th c tớnh np ta cú nhn xột sau:
- Trong khong thi gian np t t
n
= 0 n t
n
= t
s
, sc in ng, in ỏp, nng
dung dch in phõn tng dn lờn.
- Ti thi im tn =ts trờn b mt cỏc bn cc xut hin cỏc bt khớ do dũng
in in phõn nc thnh ụxy v hyrụ (cũn gi l hin tng sụi), lỳc ny trờn
in th gia cỏc cc ca acqui n tng ti giỏ tr 2,4V. Nu ta tip tc np giỏ
tr ny nhanh chúng tng ti 2,7V v gi nguyờn. Thi gian np ny gi l thi
gian np no, cú tỏc dng lm cho cỏc phn cht tỏc dng sõu trong lũng cỏc
bn cc c bin i hon ton, nh ú s lm tng thờm dung lng phúng

in ca acquy.
Trong s dng, thi gian np no cho acquy thng kộo di t 2ữ3 gi, trong
sut thi gian ú, hiu in th trờn cỏc cc ca acquy v nng dung dch
in
phõn l khụng i. Nh vy dung lng thu uc khi acquy phúng in luụn nh
hn dung lng cn thit np no acquy.
Khoảng
nghỉ
1,95V
Vùng nạp chính
5
10
0 10
1
t
s
(2ữ3) h
Vùng
nạp no
t,h
I (A
)
U,E (V)
2
Bắt đầu sôi 2,4V
2,1V
Eaq
Eo
2,7V
2,4V

Un
C
n
= I
n
t
n
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
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 điện nạp định mức đối với acquy qui định bằng 0,1.C20.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ĐIỆN CHO ACQUI.
II.1. Phương pháp nạp acquy với dòng nạp không đổi.
Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi cho phép cho dòng điện thích
hợp cho từng 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 các acquy mới
hoặc nạp điện cho các acquy bị sunfat hoá.
Với phương pháp nạp này các ác quy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả
mãn điều kiện:
U
n
≥ 2,7 N
aq
.
Trong đó:
Un : Điện áp nạp (V).
Naq: Số ngăn acquy đơn mắc trong mạch nạp.

Hình I.4. Nạp với dòng điện không đổi
Trong quá trình nạp, sức điện động của acquy tăng dần, để duy trì dòng điện
nạp không đổi ta phải bố chí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến
trở được xác định theo công thức:
V
V
D
A
+
-
D
A
+
-
R
R
+
+
-
-
A
U
n
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

n
aqn
I
NU

R
0,2
−
=
Nhược điểm của phương pháp này nạp với dòng áp không đổi là thời gian nạp
kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp phải có cùng cỡ dung lượng định
mức.
Để khăc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài người ta đã sử dụng phương
pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp nạp
hai nấc thì dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3÷ 0,5)C
20
và kết thúc
nạp ở nấc một khi acquy bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai bằng 0,05C
20
.
II.2. Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi.
Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi yêu cầu các acquy
được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không thay
đổi và được tính bằng từ (2,3÷ 2,5)V cho một ngăn acquy đơn.
Hình I.5. Nạp với điện áp không đổi
Hiệu điện thế của nguồn nạp phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3%
và được theo dõi bằng vônkế.
Dòng nạp:
aq
aqn
n
R
EU
I
−

=
lúc đầu là rất lớn sau đó khi Eaq tăng dần lên thì In
giảm đi khá nhanh.
Phương pháp nạp với điện áp nạp không thay đổi có thời gian nạp ngắn, dòng
điện nạp tự động giảm dần theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp này
acquy không nạp được no, vì vậy phương pháp nạp với điện áp không đổi chỉ là
phương pháp nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử dụng.

Un

A V
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
Để khắc phục nhược điểm và tận dụng được hết những ưu điểm của các
phương pháp trên, ta kết hợp hai phương pháp nạp lại thành phương pháp dòng
– áp.
Đây cũng là phương pháp nạp mà chúng ta chọn để thiết kế mạch điều khiển
cho nguồn nuôi nạp tự động trong đồ án này.
II.3. Phương pháp nạp dòng áp.
Đây là phương pháp nạp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng
được những ưu điểm của hai phương pháp trên.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp acqui 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 acqui là phương pháp dòng áp.
Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian
t
n
=16h tương ứng với 75÷ 80% dung lượng acqui ta nạp với dòng điện không
đổi là I
n
= 0,1C

20
. Vì theo đặc tính nạp của acqui 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 16h acqui bắt đầu sôi lúc đó
ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 20h thì acqui bắt đầu
no, ta nạp bổ xung thêm 2÷ 3h.
Các quá trình nạp acqui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn
áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của acqui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm
về không.
II.4.Kết luận:
+ Vì tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi
acqui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong acqui sẽ dâng
nên không kiểm soát được sẽ làm sôi acqui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì
vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho acqui.
+ Khi dung lượng acquy dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn
định dòng nạp thì acqui sẽ sôi và làm cạn nước. Do đó đến giai đoạn này ta lại
phải chuyển chế độ nạp acqui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được giữ cho đến
khi acqui đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của acqui bằng với điện áp
nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp.
Do vậy đối với acquy axit ta nạp với các dòng điện nạp:
+ Dòng nạp ổn định I
n
= 10% C
20
.

+ Dòng nạp cưỡng bức I
n
= (0.3÷0.5)C
20

.
 Từ các phân tích ở trên:
- Ta tiến hành nạp acqui với dòng điện nạp không đổi:
I
n
= 0,1x40 = 4 A
- Để đáp ứng yêu cầu của công nghệ cũng như hiệu quả kinh tế ta chọn
phương pháp nạp acqui hỗn hợp dòng áp.
- Với số lượng acquy là 100 chiếc, ta nạp điện cho acqui theo phương pháp
hỗn hợp dòng áp: Mắc thành 10 dãy song song, mỗi dãy có 10 acqui nối nhau.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

+ Dòng điện nạp I
n
= 0,1x40x10 = 40A.
+ Điện áp nạp U
n
= 2,7x6x10 = 162V.
V
D
A
+
-
R
+
+
-
-
A
U

n
……
…
……
…
……
……
…
…
…
10 dãy
10 acqui
Hình I.6. Phương pháp nạp điện cho acqui
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
CHƯƠNG II
PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU

I. VẤN ĐỀ CHUNG.
Bộ chỉnh lưu là thiết bị dùng để chuyển đổi nguồn xoay chiều thành nguồn
điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
Trong kỹ thuật có nhiều phương án chỉnh lưu như: chỉnh lưu không điều
khiển (chỉnh lưu điốt), chỉnh lưu điều khiển (chỉnh lưu tiristor), chỉnh lưu một
pha, ba pha, sáu pha.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn lựa các phương án chỉnh lưu phù
hợp nhằm đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Vì yêu cầu là chỉnh lưu điều khiển nên ta chọn phương án chỉnh lưu tiristor và
sau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển Tiristor cơ bản.
II. MỘT SỐ SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN TIRISTOR.
II.1. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng.
II.1.1. Sơ đồ nguyên lí.

Tải : R + L


U
1
~
R
d
L
d
T
4
T
1
T
2
T
3
Hình II.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.1.2. Dạng điện áp.
t
t
t
t
t
t
t
t
1

i
I
T2
I
T1
i
d
Ung
U
d
G
U
U
G1
G2
α
G1
α
α
3Π2ΠΠ0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.1.3. Nguyên lí hoạt động.
+ Trong khoảng (α ÷ π): T
1
và T
3
dẫn, I
d
= I
T1

=I
T3,
U
d
=U
21
.
+ Trong khoảng (π+α ÷ 2π): van T
2
và T
4
dẫn, I
d
= I
T2
= I
T4
, U
d
=U
22
.
+ Trong khoảng (2π ÷ 3π+α): van T
1
và T
3
dẫn, U
d
=U
21

.
Quá trình được lặp đi lặp lại ở các chu kì tiếp theo.
CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
+ Điện áp trên tải:
U
d
=
π
2
1
θθ
π
dU .sin 2
2
2
0
∫
=
π
1
θθ
απ
α
dU .sin 2
2
∫
+
=
( )
[ ]

απα
π
+− coscos
22
2
U
+ Dòng điện trên tải: I
d
=
d
d
R
U
+ Dòng điện qua van: I
T
=
2
d
I
+ Điện áp ngược trên van: U
ngmax
= 1,41U
2
+ Dòng điện phía thứ cấp: I
2
= 0,58I
d
+ Dòng điện phía sơ cấp: I
1
= 1,11.I

d
.K
ba
+ Công suất tải: P
d
= U
d
.I
d
+ Công suất máy biến áp: S
ba
= 1,23 P
d
II.1.4.Nhận xét:
Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha đối xứng có cấu tạo phức tạp hơn
mạch chỉnh lưu điều khiển một pha có điểm trung tính. Mạch sử dụng nhiều
kênh điều khiển hơn, điện áp và dòng điện liên tục trong suốt quá trình làm việc.
Mạch thường được sử dụng trong những mạch có công suất nhỏ và vừa.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II .2. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng.
II.2.1. Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp.
Với tải : Rd + Ld

α α
α/2

U
1
~
R

d
L
d
T
2
T
1
D
1
D
2
u
d
i
d
i
T1
i
D2
i
T2
i
D1
i
2
0
0
0
0
0

0
θ
θ
0
θ
θ
0
0
θ
0
θ
0
θ
0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.2.2. Nguyên lý hoạt động.
Trong sơ đồ các điốt Đ1, Đ2 vẫn mở tự nhiên ở đầu các nửa chu kỳ: Đ1 mở
khi u2 âm; Đ2 mở khi u2 dương. Các Tiristo mở theo góc mở
α
. Tuy nhiên các
van khoá theo nhóm: Đ1 dẫn sẽ làm T1 (cùng nhóm catốt chung) khoá, T1 dẫn
sẽ làm Đ1 khoá; Tương tự Đ2 dẫn thì T2 khóa, T2 dẫn thì Đ2 khoá.
Khi
θ
=
α
cho xung điều khiển mở T1.
Trong khoảng
θ
= (

α
; π): T1, Đ2 dẫn, ud = u2.
Trong khoảng
θ
= ( π ; π+
α
): Đ1, Đ2 dẫn; Đ1 dẫn ở π và làm T1 khoá; T2
chưa khoá nên Đ2 còn mở chưa khoá.
Trong khoảng
θ
= (π+
α
; 2π): Đ1, T2 dẫn; T1 dẫn làm D2 khoá, ud = -u2.
Trong khoảng
θ
= ( 2π ; 2π+
α
): T2, Đ2 dẫn.

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN:
+ Điện áp tải: U
d
=
π
2
U
2
(1 +cosα)
+ Dòng điện tải: I
d

=
Rd
Ud
+ Dòng điện qua van Tiristor: I
T
=
π
απ
2
−
I
d

+ Dòng điện qua điốt: I
D
=
∫
+
απ
α
2
1
I
d
d
θ
=
π
απ
2

+
I
d

+ Dòng điện thứ cấp: I
2
= I
d

π
α
−1
+ Điện áp ngược lớn nhất qua van: U
ngmax
= 2.83U
2
+ Công suất tải: P
d
=U
d
I
d
+ Công suất máy biến áp: S
ba
= 1.48 P
d
II.2.3. Nhận xét.
+ Hệ số cos
ϕ
của sơ đồ cầu không đối xứng cao hơn so với sơ đồ cầu đối

xứng.
+ Sơ đồ này không cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
+ Mạch thường được sử dụng với tải có công suất nhỏ và vừa.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
+ Số van giảm so với sơ đồ cầu đối xứng giá thành hạ.
II.3. CHỈNH LƯU ĐIỂN KHIỂN CẦU BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG.
II.3.1. Sơ đồ nguyên lí.
U
C
T
1
H×nh II.3. M¹ch chØnh lu ®iÒu khiÓn ®èi xøng cÇu 3F.
D
4
T
3
D6
T
5
D
2
R
d
U
B
U
A
U
c
U

b
U
a
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.3.2. Dạng điện áp.
U
d
I
d
i
T1
i
D4
I
d
i
a
I
d
I
d
θ
θ
θ
θ
D
6
D
2
D

4
D
6
T
3
T
1
u
a
T
5
T
1
u
b
u
c
θ
D
2
u
a
θ
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.3.3. Nguyên lí hoạt động.
Trong sơ đồ này sử dụng:
+ 3 Tiristor ở nhóm Katot chung.
+ 3 Diot ở nhóm Anot chung.
Giá trị trung bình của điện áp trên tải:
U

d
= U
d1
– U
d2
Trong đó:
+ U
d1
là thành phần điện áp do nhóm Katot chung tạo nên.
+ U
d2
là thành phần điện áp do nhóm Anot chung tạo nên.

π
θθ
π
α
π
θθ
π
α
π
α
π
α
π
α
π
2
63

sin2
2
3
cos
2
63
sin2
2
3
2
6
11
6
7
22
2
6
11
6
7
21
U
dUU
U
dUU
d
d
==
==
∫

∫
−
−
−
−
Vậy :
)cos1(
2
U63
U
2
d
α+
π
=
Điện áp thứ cấp máy biến áp:

)
3
2
sin(39U
)
3
2
sin(39U
sin39U
c
b
a
π

+θ=
π
−θ=
θ=
Giá trị trung bình của dòng tải:

R
U
I
d
d
=
Giá tri trung bình của dòng chảy trong Tiristor và Diot:

3
d
DT
I
II
==
Giá trị điện áp ngược lớn nhất:

2max
6UU
ng
=