Thiết kế bộ chỉnh lưu nạp ác qui tự động có điện áp nguồn 3x220(VAC); tần số điện áp 50Hz; thông số ắc qui 180Ah,4x12VDC.DOC

Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Đồ án môn học
Sinh viên: Phạm Gia Điềm
Lớp : Tự Động Hoá 3_K43
1. Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế bộ chỉnh lu nạp ác qui tự động có các thông số sau:
Điện áp nguồn ( VAC ): 3ì220 ( 10% )
Tần số điện áp ( Hz ): 50
Thông số ác qui: 180 Ah, 4ì12 VDC
2. Nội dung:
Phân tích yêu cầu và giới thiệu chung về công nghệ.
Đề suất các phơng án tổng thể, phân tích u nhợc điểm từng
phơng án để đi đến chọn lựa một phơng án thực thi thiết kế
mạch lực và mạch điều khiển.
Phân tích kỹ nguyên lý hoạt động của phơng án đã chọn.
Trên cơ sở đó, tìm các biểu thức có sự liên quan đến những đại
lợng đã biết và đại lợng cần tìm.
Tính chọn, thiết kế các phần tử mạch công suất.
Tính chọn mạch điều khiển.
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.
3. Thuyết minh và bản vẽ:
Một quyển thuyết minh đồ án theo yêu cầu của phần trên, đ-
ợc giáo viên hớng dẫn thông qua.
Toàn bộ sơ đồ nguyên lý, bao gồm cả mạch lực và điều khiển
vẽ trêb khổ giấy A1. Trình bày theo bản vẽ kỹ thuật.
Mục lục
1
Trờng đại học bách khoa hà nội
Khoa điện

Bộ môn tự động hoá xncn
thiết kế môn học
Điện tử công suất
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

đồ án môn học
mục lục
mở đầu
phần I: giới thiệu chung về ắc qui và các phơng pháp nạp ắc qui
I. Giới thiệu chung ắc qui.
1. ứ ng dụng của ắc qui:
2. Cấu tạo và đặc điểm của các loại ắc qui:
3. Quá trình biến đổi năng l ợng trong ắc qui:
3.1. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit:
3.2. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui kiềm:
4. Các thông số cơ bản của ắc qui:
4.1. Sức điện động của ắc qui:
4.2. dung lợng của ắc qui:
5. Đặc tính phóng nạp của ắc qui:
5.1. Đặc tínhphóng của ắc qui:
5.2. Đặc tính nạp của ắc qui:
6. Sự khác nhau giữa ắc qui kiềm và ắc qui axit:
7.Các ph ơng pháp nạp ắc qui tự động.
7.1. Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.
7.2. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi.
7.3. Phơng pháp nạp dòng áp.
Phần ii Phân tích tính toán và lựa chọn phơng án
I. Chỉnh lu điều khiển đối xứng cầu ba pha
1. Sơ đồ nguyên lý:
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:

II. Chỉnh lu cầu 3 pha bán điều khiển
1. Sơ đồ nguyên lý:
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:
III. Chỉnh lu điều khiển cầu một pha không đối xứng
1. Sơ đồ nguyên lý:
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:
phần iiiTính toán và thiết kế mạch lực
I.Tính chọn van mạch lực
1. Số liệu cho tr ớc:
2.Tính toán với sơ đồ đã chọn:
3. Mạch bảo vệ Tiristor:
2
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

II. Tính toán máy biến áp lực
III.tính toán thiết kế bộ lọc:
Phần IVThiết kế và tính toán mạch điều khiển
I. Yêu cầu và nguyên tắc điều khiển
1. Mục đích và yêu cầu:
2. Nguyên tắc điều khiển:
2.1. Nguyên tắc điều chỉnh thẳng đứng tuyến tính:
2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS
ii. sơ đồ khối và chức năng:
III. Mạch điều khiển
1. Nguyên tắc ổn áp ổn dòng:
1.1. Nguyên tắc ổn dòng:
a) ổn dòng theo sờn trớc:
b) Theo sờn sau:
2. Nguyên tắc ổn áp:
a) ổn áp theo sờn trớc:

b) Theo sờn sau:
3. Tính toán mạch điều khiển:
a) Khối đồng pha.
b) Khối tạo xung chùm:
2. Khâu so sánh:
3. Khâu khuyếch đại xung:
kết luận
tài liệu tham khảo
3
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Mở đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại háo đất nớc, có thể nói một trong
những chỉ tiêu để đánh gia sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ tự động
hoá trong mỗi quá trình sản xuất mà trớc hết đó là năng suất sản xuất và chất lợng
của từng sản phẩm làm ra. Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử, công
nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động làm cơ sở cho sự
phát triển và hỗ trợ tơng xứng của lĩnh vực tự động hoá.
ở nớc ta mặc dầu là một nớc chậm phát triển, nhng những năm gần đây cùng
với đòi hỏi của sản suất cũng nh hội nhập nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các
tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là tự động hoá các quá trình sản xuất đã có b-
ớc phát triển tạo ra sản phẩm có hàm lợng chất xám cao tiến tới hình thành một nền
kinh tế trí thức. Do đó tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào
từng ngõ ngách, vào trong tất cả các quá trình tạo ra sản phẩm.
Ngày nay hầu nh tất cả các máy móc thiết bị trong công nghiệp cũng nh trong
đời sống đều phải sử dụng điện năng, có thể là dùng hoàn toàn nguồn năng lợng điện
năng hoặc một phần năng lợng điện năng kết hợp với năng lợng khác. Trên thực tế có
những lúc rất cần năng lợng điện mà ta không thể lấy năng lợng điện từ lới điện đợc.
Do đó ta phải lấy các nguồn điện dự trữ nh ác qui.
Nh vậy để có thể sử dụng đợc các nguồn ác qui ta phải nạp điện cho ác qui.

Bộ chỉnh lu nạp ác qui tự động đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều trờng 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 có thể không đáp ứng đợc chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Cho nên một
trong những yêu cầu của môn học điện tử công suất là thiết kế đợc một bộ nạp ác
qui tự động với các thông số đầu vào cho trớc.
4
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Nội dung bản đồ án này là thiết kế một mạch chỉnh lu.
Qua thời gian thực hiện bản đồ án này cùng với sự giúp đỡ tận của thày giáo
em đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên lĩnh vực tơng đối mới và khó đối với em nên
chắc chắn bản báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót, em mong tiếp tục nhận
đợc sự đóng góp của các thầy giáo để đồ án hoàn thiện hơn.
Hà nội ngày 20 tháng 1 năm 2002
Phần I
giới thiệu chung về ắc qui
và các phơng pháp nạp ắc qui
I. Giới thiệu chung về ắc qui
1. ứ ng dụng của ác qui:
ắc qui là một nguồn điện đợc trữ năng lợng điện dới dạng hoá.
ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị
điện trong công nghiệp cũng nh trong đời sống hàng ngày: nh động cơ điện,
bóng đèn điện, là nguồn nuôi của các linh kiện điện tử ắc qui là nguồn
cung cấp điện cho các động cơ khởi động.
Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhng phổ biến nhất là hai loại ắc qui
chì và ắc qui axit.
2. Cấu tao và đặc điểm của các loại ắc qui:
Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dơng,
phân khối bản cực âm, các tấm ngăn. Phân khối bản cực do các bản cực cùng
tên ghép lại với nhau.

Cấu tạo của một bản cực trong
ắc qui gồm có phần khung x-
ơng và chất tác dụng trát lên
nó. Khung xơng của bản cực
âm và bản cực dơng có cấu tạo
giống nhau, chúng đợc đúc từ
chì và chúng đợc đúc từ chì và
có pha thêm 5 ữ 8 % ăngtimoan (
Sb ) và tạo hình mắt lới. Phụ
gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng
độ dẫn điện và cải thiện tính
đúc. Trong thành phần chất tác
dụng còn có thêm khoảng 3 %
chất nở ( các muối hu cơ ) để
tăng độ xốp, độ bền của lớp
chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp
mà cải thiện đợc độ thấm sâu
của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích
5
2
3
1. Vấu bản cực
2. Chất tác dụng
3. Cốt bản cực
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng đợc tăng thêm .
Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dơng của mỗi ắc qui đơn đợc
hàn với nhau tạo thành khối bản cực dơng, các bản cực âm đợc hàn với nhau
thành khối bản cực âm. Số lợng các bản cực trong mỗi ắc qui thờng từ 5 đến

8, bề dầy tấm bản cực dơng của ắc qui thờng từ 1,3 đến 1,5 mm , bản cực
âm thờng mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm . Số bản cực âm trong ắc qui thờng
nhiều hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia
phản ứng của các bản cực. Tấm ngăn đợc bố trí giữa các bản cực âm và dơng
có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn đợc làm
bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8 đến 1,2 mm và có dạng lợn sóng ,
trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phéo dung dịch điện phân thông qua.
3. Quá trình biến đổi năng l ợng trong ắc qui
ắc qui là nguồn năng lợng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng
lợng dới dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng. Quá
trình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện, quá
trình ắc qui dự trữ năng lợng đợc gọi là quá trình nạp điện.
3.1. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit:
Trong ắc qui axit có các bản cực dơng là đôixit chì ( PbO
2
), các
bản âm là chì ( Pb ), dung dich điện phân là axit sunfuaric ( H
2
SO
4
) nồng độ
d = 1,1 ữ 1,3 %
(- ) Pb H
2
SO
4
d = 1,1 ữ 1,3 PbO
2
( + )
Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit :

phóng
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb 2PbSO
4
+ 2H
2
O
nạp
Thế điện động e = 2,1 V.
3.2. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui kiềm:
Trong ắc qui kiềm có bản cực dơng là Ni(OH)
3
, bản cực âm là Fe,
dung dịch điện phân là: KOH nồng độ d = 20 %
( - ) Fe KOH d = 20% Ni(OH)
3
( + )
Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui kiềm :
phóng
Fe + 2Ni(OH)
3
Fe(OH)
3
+ 2Ni(OH)
2

nạp
Thế điện động e = 1,4 V.
Nhận xét: Từ những điễu đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong các
quá trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc qui
phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc qui nạp điện nồng
độ dung dịch điện phân tăng dần. Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung
dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của ắc qui.
4. Các thông số cơ bản của ắc qui:
4.1. Sức điện động của ắc qui:
6
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng
độ dung dịch điện phân. Ngời ta thờng sử dụng công thức kinh nghiệm
Eo = 0,85 + ( V )
trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )
- nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm
3
)
Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc qui đợc tính
theo công thức:
Ep = Up + Ip.r
b

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

- điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( )
Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc qui đợc tính theo
công thức:
En = Un - In.r
b
trong đó : En - sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )
In - dòng điện nạp ( A )
Un - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện ( V )
r
b
- điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( )
4.2. dung lợng của ắc qui:
_Dung lợng phóng của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng cung
cấp năng lợng điện của ắc qui cho phụ tải, và đợc tính theo công thức :
Cp = Ip.tp
trong đó : Cp - dung dịch thu đợc trong quá trình phóng ( Ah )
Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A )
tp - thời gian phóng điện ( h ).
_Dung lợng nạp của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng tích trữ
năng lợng của ắc qui và đợc tính theo công thức :
Cn = In.tn
trong đó : Cn - dung dịch thu đợc trong quá trình nạp ( Ah )
In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )
tn - thời gian nạp điện ( h ).
5. Đặc tính phóng nạp của ắc qui:
7
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

5.1. Đặc tính phóng của ắc qui.
Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức

điện động, điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian
phóng khi dòng điện phóng không thay đổi .
Từ đặc tính phóng của ắc qui nh trên hình vẽ ta có nhận xét sau:
Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện 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 hay thời gian phóng điện cho phép tơng ứng với mỗi chế độ phóng điện
của ắc qui ( dòng điện phóng ).
Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta
tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động ,điện áp của ắc qui
sẽ giảm rất nhanh .Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO
4
) tạo thành
trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong
quá trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn
phóng điện cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up, tại tgh đợc gọi là các
giá trị giới hạn phóng điện của ắc qui. ắc qui không đợc phóng điện khi dung
lợng còn khoảng 80%.
Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức
điện động, điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta
gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui. Thời gian hồi phục
này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc qui (dòng điện phóng và thời
gian phóng ).
5.2. Đặc tính nạp của ắc qui:
8
C
P
= I
P
.t

P
Vùng phóng điện cho phép
2
0
5
10
1,75
1,95
2,11
I (A) E,U (V)
10
6
4 8
t
E
U
P
Khoảng nghỉ
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Đặc tính nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức
điện động , điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị
số dòng điện nạp không thay đổi .
Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :
Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thì sức điện động, điện
áp, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.
Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn
gọi là hiện tợng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc qui đơn
tăng đến 2,4 V . Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V
và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho

phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực đợc biến đổi tuần hoàn,
nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng điện của ắc qui.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ữ 3 h trong suốt
thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch
điện phân không thay đổi . Nh vậy dung lợng thu đợc khi ắc qui phóng điện
luôn nhỏ hơn dung lợng cần thiết để nạp no ắc qui.
Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc qui, nồng độ dung
dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng
nghỉ của ắc qui sau khi nạp.
Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắc
qui. Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C
10
.
Trong đó C
10
là dung lợng của ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện
định mức là In = 0,1C
10
thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
9
1,95
Cn = In.tn
Vùng nạp chính
5
10
0 2 4
10%C
10
1
6

8
ts 10 12
Vùng
nạp n
0
t
I (A) U,E (V)
2,4
2
2,7
U
T
E
Khoảng
nghỉ
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Ví dụ với ắc qui C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng
10% dung lợng ( tức In = 18 A ) thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
6. Sự khác nhau giữa ắc qui kiềm và ắc qui axit:
Cả hai loại ắc qui này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải
thuộc loại dung kháng và sức phản điện động. Nhng chúng còn có một số
đặc điểm khác biệt sau :
ắc qui axit ắc qui kiềm
- Khả năng quá tải không cao, dòng
nạp lớn nhất đạt đợc khi quá tải là
I
nmax
= 20%C
10

_Hiện tợng phòng lớn, do đó ắc qui
nhanh hết điện ngay cả khi không sử
dụng.
_Sử dụng rộng rãi trong đời sống,
công nghiệp đặc biệt ở những nơi có
nhiệt độ cao va đập lớn nhng công
suất và quá tải vừa phải.
_Dùng trong ôtô, xe máy và các
động cơ máy nổ công suất vừa và
nhỏ.
_Giá thành thấp
_Khả năng quá tải rất lớn dòng điện
nạp lớn nhất khi đó có thể đạt tới:
I
nmax
= 50%C
10
_Hiện tự phóng nhỏ.
_Sử dụng ở những nơi có yêu cầu
công suất lớn quá tải thờng xuyên,
đợc sử dụng với các thiết bị công
suất lớn.
_Dùng phổ biến trong công nghiệp
hàng không, hàng hải và những nơi
nhiệt độ môi trờng thấp.
_Giá thành cao.
7.Các ph ơng pháp nạp ắc qui tự động.
Có ba phơng pháp nạp ắc qui là
+ Phơng pháp dòng điện.
+ Phơng pháp điện áp.

+ Phơng pháp dòng áp.
7.1. Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.
Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với
mỗi loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui đợc no. Đây là phơng pháp sử dụng
trong các xởng bảo dỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa
cho các ắc qui bị Sunfat hoá. Với phơng pháp này ắc qui đợc mắc nối tiếp
nhau và phải thoả mãn điều kiện :
Un 2,7.Naq
Trong đó: Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc qui tăng dần lên, để duy
trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số
giới hạn của biến trở đợc xác định theo công thức :

n
aqn
I
N0,2U
R

=
Nhợc điểm của phơng pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian
nạp kéo dài và yêu cầu các ắc qui đa vào nạp có cùng dung lợng định mức.
Để khắc phục nhợc điểm thời gian nạp kéo dài, ngời ta sử dụng phơng pháp
10
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trờng hợp hai nấc,
dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ữ 0,6 )C
10

tức là nạp cỡng bức
và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là
0,1C
10
7.2. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi.
Phơng pháp này yêu cầu các ắc qui đợc mắc song song với nguồn
nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và đợc tính bằng (2,3V ữ 2,5V)
cho mỗi ngăn đơn. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp
ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phơng pháp này
ắc qui không đợc nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phơng
pháp nạp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử dụng.
7.3. Phơng pháp nạp dòng áp.
Đây là phơng pháp tổng hợp của hai phơng pháp trên. Nó tận dụng
đợc những u điểm của mỗi phơng pháp.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong quá
trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá đợc tự động diễn ra theo một
trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phơng án nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp.
Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nh hiệu suất
nạp thì trong khoản thời gian tn = 8h tơng ứng với 75ữ80 % dung lợng ắc qui
ta nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1C
10
. Vì theo đặc tính nạp của ắc qui
trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động
tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời
gian 8 h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi
thời gian nạp đợc 10 h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 đến 3h.
Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống nh ắc qui axit nhng
do khả năng quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với
dòng nạp In = 0,2C
10

hoặc nạp cỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp
In = 0,5C
10
.
Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp
hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó
dòng nạp sẽ từ từ giảm về không.
Kết luận:
Vì ắc qui là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện
động cho nên khi ắc qui đói mà ta nạp theo phơng pháp điện áp thì dòng
điện trong ắc qui sẽ tự động dâng nên không kiểm soát đợc sẽ làm sôi ắc qui
dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm
cách ổn định dòng nạp cho ắc qui.
Khi dung lợng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục
giữ ổn định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nớc. Do đó đến giai đoạn
này ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp đợc
giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui
bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc
quá trình nạp.
Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau
+ ắc qui axit : dòng nạp In = 0,1C
10
; nạp cỡng bức với dòng
11
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

điện nạp In = 0,2C
10
.
+ ắc qui kiềm : dòng nạp In = 0,2C

10
; nạp cỡng bức với
dòng điện nạp In = 0,5C
10
.
Từ các phân tích ở trên ta rút ra các số liệu sau:
+ Dòng nạp lớn nhất Inmax = Idmax = 90 A
+ Điện áp Udmax = 64,8 V
Phần II
Phân tích tính toán và lựa chọn
Phơng án
I. Chỉnh lu điều khiển đối xứng cầu ba pha
1. Sơ đồ nguyên lý:
_Sơ đồ gồm 6 Tiristor đợc chia làm hai nhóm:
12
T3
u
d
t5
U
b
U
a
U
c
U
B
U
A
U

C
T1T4
T6
T2
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Nhóm Katot chung : T1, T3, T5
Nhóm Anot chung : T2, T4, T6
_Góc mở đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sin.
_Giá trị trung bình của điện áp trên tải:



=

=

+

+

cos
U63
dsinU2
2
6
U
2
6
5

6
2d
_Từ công thức trên ta có:
maxdd
UU
=
khi
1cos
=
Khi đó ta có:
63
U
U
maxd
2

=
Thay giá trị:
V8,64U
maxd
=
ta có
V68,27U
2
=
Điện áp các pha thứ cấp của máy biến áp là:

)
3
2

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

+=

=
=
Giá trị trung bình của dòng thứ cấp máy biến áp:

maxdmax2
I
3
2
I
=
Từ số liệu ban đầu thay
A90I
maxd
=
có
A5,73I
max2
=

Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là:

)A(30
3
I
I
maxd
maxTBV
==

Giá trị điện áp ngợc mà Tiristor phải chịu:

)V(04,68U05,1U
3
U6U
maxdmaxd2maxng
==

==

Công suất biến áp:
)kVA(1,610.90.8,64.
3
IU
3
S
3
maxdmaxdba
=

=

=

Nhận xét:
13
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Với sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển thì điện áp ra Ud ít đập
mạch (trong một chu kì đập mạch 6 lần) do đó vấn đề lọc rất đơn giản, điện
áp ngợc lên mỗi van nhỏ, công suất biến áp nhỏ nhng mạch phức tạp nhiều
kênh điều khiển.
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:
14
§å ¸n ®iÖn tö céng suÊt Ph¹m Gia §iÒm líp tù ®éng ho¸ 3 k43

II. ChØnh lu cÇu 3 pha b¸n ®iÒu khiÓn
 15 
T
3
U
d1
T
2
T
6
I
d
i
a

i
T1
i
T4
I
d
I
d
U
d
T
1
u
a
T
2
T
6
T
4
I
d
θ
θ
I
d
θ
θ
U
d2

u
b
T
5
u
c
T
1
θ
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

1. Sơ đồ nguyên lý:
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:

2d1dd
UUU
=
Trong đó : Ud1 là thành phần điện áp do nhóm Katot chung tạo nên
Ud2 là thành phần điện áp do nhóm Anot chung tạo nên


=

=


=

=










2
U63
dsinU2
2
3
U
cos
2
U63
dsinU2
2
3
U
2
6
11
6
7

22d
2
6
11
6
7
21d
Vậy
)cos1(
2
U63
U
2
d
+

=
16
T3
D6
D2
u
d
t5
D4
U
b
U
a
U

c
U
B
U
A
U
C
T1
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Ta nhận thấy:
maxdd
UU
=
khi
1cos
=
Khi đó ta có :
)V(68,27
63
U
U
maxd
2
=

=
Điện áp thứ cấp máy biến áp:

)

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

+=

=
=
Giá trị trung bình của dòng chảy trong Tiristor và Diot:

)A(30
3
I
II
maxd
maxdiotmaxTBV
===
Giá trị dòng điện ngợc lớn nhất:

)A(04,68U05,1U
3
U6U

maxdmaxd2maxng
==

==
Công suất biến áp:

)kVA(1,610.90.8,64.
3
IU
3
S
3
maxdmaxdba
=

=

=

Nhận xét:
Tuy điện áp chỉnh lu chứa nhiều sóng hài nhng chỉnh lu cầu 3 pha
không đối xứng có quá trình điều chỉnh đơn giản , kích thớc gọn nhẹ hơn.
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:
17
§å ¸n ®iÖn tö céng suÊt Ph¹m Gia §iÒm líp tù ®éng ho¸ 3 k43

 18 
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 điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

III. Chỉnh lu điều khiển cầu một pha không đối xứng
1. Sơ đồ nguyên lý
Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng
nhau.
Góc dẫn của điốt là :
+=
D
Góc dẫn của Tiristor là :
=
T
Giá trị trung bình của điện áp tải:

+

=

=
)cos1(
U2
dsinU2
1
U
2
2d


=
2
maxd
U22
U
Do đó :
V72
22
8,64.
22
U
U
maxd
2

=

=

=
Giá trị trung bình của dòng tải :

t
d
d
Z
U
I
=
Dòng qua Tiristor:



=

=



2
IdI
2
1
I
ddT

Dòng qua Điốt:
19
Ud
D1
T1
U2
T2
D2
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43



+


+
=

=
2
IdI
2
1
I
ddD
Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua sơ cấp máy biến áp:



=

=



1IdI
1
I
d
2
d2
Nhận xét:
Sơ đồ chỉnh lu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu tạo đơn giản,
gọn nhẹ , dễ điều khiển , tiết kiệm van . Thích hợp cho các máy có công suất
nhỏ và vừa.
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:
20
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
i
d

i
D2

i
D1

i
2
i
T2

i
T1

U
d

1


5

6

3

4

2

Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Kết luận :
_Cả hai phơng án dùng sơ đồ chỉnh lu đối xứng cầu ba pha và chỉnh lu
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 lu điều khiển cầu 1 pha đông đối xứng. Chúng có một số u điểm:
Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ nh cầu 1
pha đối xứng.
Đơn giản hơn vì số lợng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch
điều khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn.
Cùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối
xứng điều khiển chính xác hơn.
_Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu điều khiển cầu 1 pha không
đối xứng dùng cho mạch lực mạch nạp ắc qui tự động . Phơng án này vừa
đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế.
Phần III
21
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Tính toán thiết kế mạch lực
Nh đã phân tích ở trên: Ta chọn phơng án thiết kế cho mạch nạp ắc qui
là sơ đồ chỉnh lu cầu 1 pha không đối xứng. Có sơ đồ nguyên lý mạch lực
nh sau :
I.Tính chọn van mạch lực
1. Số liệu cho tr ớc:
Điện áp nguồn 3 pha: 220/380 V; f = 50 Hz
Yêu cầu đầu ra(Nguồn một chiều tự động nạp ắcqui):

U
dmax
= 64,8 V
I
dmax
= 90 A
Để bảo đảm cho van làm việc tin cậy , an toàn ở mọi điều kiện ta chọn :

van
maxng
thuc
maxng
U7,0U

Trong đó : -
thuc
maxng
U
là điện áp ngợc trên van khi làm việc ở chế độ định
mức.
-
van
maxng
U
là điện áp ngợc trên van khi van khoá (tra sổ tay).
2.Tính toán với sơ đồ đã chọn:

)V(1028,64
2
U

2
U2U
maxd2
thuc
maxng
=

=

==
Do đó điện áp ngợc trên van khi khoá là:

)V(170
6,0
102
6,0
U
7,05,0
U
U
thuc
maxng
thuc
maxng
van
maxng
===
ữ
=
22

T2T1
Rf
Rs
D1 D2
~220 V
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Dòng điện trung bình qua van:

)A(45
2
90
2
I
I
maxd
thuc
maxTBV
===
Vì tải có công suất nhỏ nên ta chọn điều kiện làm mát cho van là làm mát tự
nhiên, dùng cánh tản nhiệt chuẩn với đối lu không khí.
Ta có
maxTBV
thuc
maxTBV
I)3,02,0(I
ữ=
Do đó
)A(180
25,0

45
25,0
I
)3,02,0(
I
I
thuc
maxTBV
thuc
maxTBV
maxTBV
===
ữ
=
Vậy điều kiện để chọn van là:

)A(180I
)V(170U
maxTBV
van
maxng


Trong sơ đồ này chế độ làm việc của Tiristor và Điốt nh nhau nên điều kiện
chọn van giống nhau.
Van điều khiển chọn loại TB 200 có thông số van nh sau:

s/v1000dt/du
s/A200dt/di
V5U

A35,0I
s20t
V4,2U
A200I
kV8,005,0U
g
g
off
maxTBV
van
maxng
à<
à=
=
=
à=
=
=
ữ=
Điốt: Chọn loại B 200 có thông số nh sau :

V7,0U
V1000100U
A200I
im
tb
=
ữ=
=

3. Mạch bảo vệ Tiristor:
T
23
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

R C
Để bảo vệ van ta dùng mạch RC đấu song song với van nhằm bảo vệ
quá áp do tích tụ điện khi chuyển mạch gây nên.
Các thiết bị bán dẫn nói chung cũng nh Tiristor rất nhạy cảm với điện
áp và tốc độ biến thiên điện áp (
dt
du
) đặt lên nó .
Các nguyên nhân gây nên quá áp thì chia thành hai loại :
Nguyên nhân bên ngoài : Do cắt đột ngột mạch điện cảm, do biến
đổi đột ngột cực tính của nguồn, khi cầu chảy bảo vệ đứt hoặc khi có sấm
sét.
Nguyên nhân bên trong ( nội tại ) : Khi van chuyển từ trạng thái mở
sang trạng thái khoá, do sự phân bố không đều điện áp trong các van mắc nối
tiếp.
ở đây ta quan tâm đến việc bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân
bên trong gây ra.
i

t

Nguyên nhân quá điện áp trên van là do sự suất hiện dòng điện ngợc
chảy qua mỗi van khi nó chuyênr từ trạng thái mở sang trạng thái khoá.
Dòng điện ngợc này suy giảm rất nhanh do vậy sẽ suất hiện sự quá
điện áp:

dt
di
LU
qda
=
Để khắc phục hiện tợng quá điện áp này ta dùng mạch R-L-C nhng do
mạch đã có tính chất điện cảm nên ta chỉ cần dùng mạch R-C đấu song song
nh hình vẽ.
Khi van khóa dòng điện ngợc sẽ chuyển từ van sang mạch bảo vệ.
II. Tính toán máy biến áp lực
- Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp. Theo sách thiết kế
máy biến áp. Tra với sơ đồ cầu ta có:
U
2
= 1,11U
dmax
= 1,11.64,8 = 72 (V)
I
2
= 1,11I
dmax
= 1,11.90 = 100 (A)
- Công suất biểu kiến MBA :
S
2
= U
2
.I
2
= 72.100 = 7,2 (kVA)

- Chọn mạch từ 3 trụ , tiết diện trụ tính theo công thức:
24
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43


f.C
S
KQ
2
=

Trong đó : - C : Số trụ mạch từ
- f : Tần số nguồn
- K = 5 ữ 6

)cm(27
50.5
7200
5Q
2
==
Chọn lõi thép có tiết diện 30 cm
2
làm bằng vật liệu sắt từ dày 0,5
mm , lá thép dập hình chữ và chữ I ghép lại.
_Tính số vòng/vôn. Theo công thức kinh nghiệm có :

)
v
(5,1

30
45
Q
K
W
o
vôn
òng
===

- Số vòng cuộn sơ cấp :

( )
òngv3305,1.220W.UW
o11
===

- Số vòng dây cuộn thứ cấp :

( )
òngv1085,1.72WUW
o22
===

- Dòng điện thứ cấp :

)A(7,32
220
100.72
U

IU
I
1
22
1
===
Chọn mật độ dòng điện J = 3 A/mm
2

Ta có tiết diện dây quấn
( )
2
1
1
mm9,10
3
7,32
J
I
s
===


( )
2
2
2
mm3,33
3
100

J
I
s
===

Đờng kính dây quấn sơ cấp
( )
mm7,3
9,10.4s4
d
1
1
=

=

=

Đờng kính dây quấn sơ cấp
( )
mm5,6
3,33.4
s4
d
2
2
=

=

=

Theo sách điện tử công suất ta có dây tiết diện tròn nh sau:
25