nghiên cứu phát triển dòng UPS online có thời gian chuyển mạch ngắn nhất phù hợp với các thiết bị có độ nhạy về điện cao

CHƯƠNG DẪN NHẬP

CHƯƠNG DẪN NHẬP
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, các thiết bị điện
đã dần phổ biến trên khắp đất nước. Nhưng một thực trạng hiện nay là tình trạng thiếu
năng lượng hoặc sự cố gây mất điện vẫn diễn ra thường xuyên. Những sự cố mất điện
bất ngờ như vậy có thể gây hại hoặc hư hỏng cho các thiết bị điện, cũng như có thể gây
những hậu quả nghiêm trọng hơn ví dụ như dừng hoạt động của hệ thống đèn tín hiệu
giao thông , mất dữ liệu trên máy tính hoặc server….
Vì vậy cần có một thiết bị có thể cung cấp năng lượng tạm thời khi mất điện đột
ngột . UPS (Uninterruptible Power Supply) ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu cung cấp một
nguồn điện liên tục cho các thiết bị điện trước các sự cố mất điện bất ngờ. Sau đó nhiều
chức năng khác như chống sét, lọc nhiễu, ổn tần, ổn áp được phát triển thêm vào UPS
giúp thiêt bị có thể đáp ứng được các yêu cầu của một nguồn điện liên tục.
Trong đề tài này sẽ nghiên cứu phát triển dòng UPS online có thời gian chuyển
mạch ngắn nhất phù hợp với các thiết bị có độ nhạy về điện cao. Ứng dụng vi xử lý
pic 16f877a vào mạch điện công suất.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 1

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN(UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.1 GIỚI THIỆU VỀ BỘ LƯU ĐIỆN (UPS)

UPS (Uninterruptible Power Supply) là một thiết bị có thể cung cấp tạm thời điện
năng nhằm duy trì sự hoạt động của thiết bị sử dụng điện lưới gặp sự cố (mất điện, sụt
giảm điện áp quá thấp, sự cố khác…) trong một khoảng thời gian với công suất giới
hạn theo khả năng của nó.
UPS có 2 dòng chính là UPS offline và UPS online:
UPS offline:
Khi nguồn điện lưới còn đáp ứng được, nó sẽ được đưa thẳng tới thiết bị sử dụng.
Trường hợp có sự cố về nguồn điện lưới, bộ chuyển mạch sẽ chuyển sang chế độ dùng
acquy, dòng điện một chiều từ acquy sẽ được biến đổi thành dòng xoay chiều phù hợp
cho thiết bị sử dụng.
Ưu điểm: Giá thành rẻ, đơn giản, thích hợp cho các thiết bị công suất nhỏ độ nhạy cảm
về điện không cao.
Nhược điểm: Công suất nhỏ, không có chức năng ổn áp khi điện điện áp lưới thay đổi,
có thời gian chuyển mạch giữa các chế độ là từ 2-10ms nên không thích hợp với các
thiết bị nhạy cảm về điện .
Ngoài ra, còn có dòng UPS offline công nghệ Line interactive. Dòng này tiên tiến hơn
UPS offline thông thường nhờ có chức năng ổn áp và có thể được giám sát bằng máy
tính.
UPS online:
Là dòng cao cấp: Thường có công suất từ 1KVA trở lên. Không có thời gian chuyển
mạch (=0) giữa các chế độ, sóng ra luôn luôn là hình Sine (sine wave) chuẩn (kể cả chế
độ backup) và mức điện áp là 220V. Thường có kết nối máy tính, có chống sét lan
truyền, thường dùng cho thiết bị cao cấp hơn như Server, máy xét nghiệm, ATM, hệ

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 2

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

thống điều khiển,... Nếu cần thời gian lưu điện dài thì có thể dùng loại acquy ngoài
(dòng Offline không có khả năng này). Hệ số công suất thường là 0.7, có cổng kết nối
máy tính, quản lý bằng phần mềm... Và giá cũng đắt hơn.
Giới thiệu sơ lược về UPS online
Như đã nói ở trên, dòng UPS online không có thời gian chuyển mạch khi nối lưới và có
thể kết nối với acquy ngoài nên được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị quân sự,
thông tin liên lạc, những thiết bị cần thời gian sử dụng lâu, không có thời gian trể.
Dưới đây là nguyên lý làm việc đơn giản của UPS online.
Lưu ý: Những ký hiệu trong sơ đồ có thể không quen thuộc đối với các bạn.

Hình 1.1 Sơ đồ đơn giản của UPS online (nguồn www.webdien.com)
Ở đây, chúng ta thấy rằng việc cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ là hoàn toàn liên tục
khi có sự cố về lưới điện. Hãy phân tích sơ dồ dưới góc độ người sử dụng như sau:
Nguồn điện lưới lúc này không cung cấp trực tiếp cho các thiết bị mà chúng được biến
đổi thành điện một chiều tương ứng với điện áp của acquy. Sơ đồ trên ta thấy được
rằng điện từ lưới thông qua bộ sạc (chargeur trên sơ đồ) biến đổi điện xoay chiều (AC)
thành điện một chiều (DC) nạp vào acquy (batterie) rồi qua bộ nghịch lưu (onduluer)
chuyển ngược lại thành điện xoay chiều phù hợp với điện áp của thiết bị sử dụng.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 3

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Như vậy, có thể thấy rằng trong bất kỳ sự cố nào về lưới điện thì UPS online cũng có
thể cung cấp điện cho thiết bị sử dụng mà không có thời gian trễ nào. Điều này làm cho
các thiết bị an toàn và ổn định.
UPS online luôn ổn định điện áp đầu ra. Vì vậy không cần phải có một bộ ổn áp để bảo
vệ tránh hiện tượng quá điện áp cho thiết bị.
Phần tiếp theo chúng ta sẽ bàn về mạch nghịch lưu và nguyên lý hoạt động của mạch
nghịch lưu từ acquy dùng cầu H.
1.1.2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGHỊCH LƯU
Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi
sang dạng năng lượng điện xoay chiều dể cung cấp cho tải xoay chiều. Đại lượng được
điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Tùy theo từng loại mà chúng ta có bộ
nghịch lưu áp hay bộ nghịch lưu dòng. Trong đề tài này, chúng ta giới hạn ở bộ nghịch
lưu áp.
Bộ nghịch lưu áp:
Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Có ba loại
nghịch lưu áp dành cho từng loại tải tiêu thụ khác nhau.
a.

Nghịch lưu áp 1 pha

Bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha dạng cầu (còn gọi là bộ nghịch lưu dạng chữ H) chứa 4
công tắc và 4 diod mắc đối song. (hình 1.2). Trong dạng này, trị trung bình áp tải phụ
thuộc vào thời gian đóng, ngắt các khóa trong mạch. Nhưng phải luôn lưu ý rằng các
cặp khóa S1, S3 và S2, S4 không được đóng đồng thời, nếu không sẽ gây ngắn mạch
nguồn gây nguy hiểm cho người và thiết bị.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 4

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Hình 1.2 Sơ đồ dạng nghịch lưu áp 1 pha dạng cầu
Ngoài ra, còn có bộ nghịch lưu 1 pha dạng nửa cầu có hoặc không có dùng máy biến áp
cách ly phía tải. Ở dạng này, điện áp tải lớn nhất chỉ bằng ½ điện áp nguồn một chiều.
Nhưng dạng này tiết kiệm được 2 khóa trong khi phải dùng 4 khóa như dạng cầu.

Hình 1.3 Sơ đồ bộ nghịch lưu áp 1 pha nửa cầu không có biến áp (a) có biến áp (b)
b.

Nghịch lưu áp 3 pha

Bộ nghịch lưu áp 3 pha cấp cho tải 3 pha như động cơ không đồng bộ …Sơ đồ mạch
bộ nghịch lưu áp ba pha trên thực tế chỉ gặp ở dạng mạch cầu. Mạch chứa 6 công tắc

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 5

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

S1, S2, …S6 và 6 diod đối song D1, D2, …,D6. Tải 3 pha có thể mắc ở dạng hình sao hay
tam giác.

Hình 1.4 Sơ đồ mạch bộ nghịch lưu áp 3 pha
1.2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ÁP:
Có nhiều loại điều khiển bộ nghịch lưu áp. Có thể kể đến như phương pháp điều khiển
theo biên độ, phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM), phương pháp điều
chế theo mẫu, phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (optimum PWM), phương
pháp điều rộng, phương pháp điều chế vector không gian, …Các phương pháp trên
nhằm mục tiêu duy nhất là cho điện áp đầu ra có dạng càng gần sin càng tốt. Thông
thường dạng sóng tạo ra có 2 loại: tạo ra sóng sin mô phỏng và true sin (thuần sin).
Một sóng sin mô phỏng có dạng sóng gần với sóng vuông nhưng có giai đoạn chuyển
đổi nên gần với sóng hình sin. Hình dạng của các dạng sóng được vẽ trong Hình 1.5
dưới đây. Sóng sin mô phỏng có thể được tạo dể dàng bằng cách chuyển đổi bởi 3 mức
tần số xác định. Do đó, giá thành rẻ. Tuy nhiên không phải thiết bị nào cũng có thể sử
dụng loại nghịch lưu này.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 6

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Hình 1.5 Các dạng sóng: sin mô phỏng (MODIRED SINE WAVE), thuần sin (SINE
WAVE), xung vuông (SQUARE WAVE)
Để tạo ra dạng sóng true sin thì cũng có nhiều phương pháp. Tuy nhiên, trong đề tài
này ta chọn phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM) vì các ưu điểm của nó
như:
§ Tín hiệu ra gần đúng với tín hiệu sin chuẩn (true sin)
§ Lượng sóng hài bậc cao bị khử nhiều
§ Có thể kết hợp với vi điều khiển để đơn giản quá trình điều khiển
§ Giá thành không quá đắt
§ Giải thuật tính toán cũng không quá phức tạp
Điều biến độ rộng xung (Pusle Width Modulation - PWM)
Trong các bộ biến đổi nguồn và động cơ PWM được sử dụng một cách rộng rãi. Sự
thay đổi của độ rộng xung trong tín hiệu PWM được sử dụng để điều khiển tốc độ động
cơ và biến đổi nguồn. Tín hiệu PWM có thể được tạo ra khi sử dụng các bộ vi điều
khiển hoặc các bộ tạo tín hiệu chuyên dụng.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 7

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Tín hiệu PWM tương tự sử dụng bộ so sánh hai tín hiệu vào, gồm tín hiệu chuẩn và tín
hiệu sóng mang để tạo ra tín hiệu dựa trên sự sai khác. Tín hiệu chuẩn phải có dạng sin
tần số cùng với tần số yêu cầu ở đầu ra, trong khi tín hiệu sóng mang ở dạng sóng răng
cưa hay tam giác và thường có tần số lớn hơn tần số chuẩn. Khi tín hiệu sóng mang lớn

hơn tín hiệu chuẩn, đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái thứ nhất (mức thấp) còn ngược
lại đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái thứ hai (mức cao).
Quy trình này được mô tả trong hình 1.6. Trong đó, tín hiệu sóng mang (xung tam
giác) có màu đỏ, tín hiệu sin chuẩn có màu đen. Sau khi qua bộ so sánh xuất ra tín hiệu
ở bên dưới để đóng ngắt các khóa trong bộ nghịch lưu (ở đây là các khóa trong mạch
cầu H sẽ được nói ở phần tiếp theo).

Hình 1.6 Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 8

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Cần phải nói thêm rằng, trong thực tế ngày nay người ta thường dùng vi điều khiển để
tạo tín hiệu PWM thay cho cách trước đây là tạo ra sóng mang và sóng chuẩn rồi đem
so sánh với nhau. Sử dụng vi điều khiển có nhiều ưu điểm:
Độ ổn định cao, do mạch dao động của vi điều khiển sử dụng thạch anh.
Tần số tín hiệu PWM cao: có thể đạt tới vài MHz
Khả nănng điều khiển chính xác, sai số đầu ra có thể đạt đến 1%
Có thể cùng một lúc tạo nhiều tín hiệu PWM
Ngoài ra, ta còn có thể sử dụng các cổng còn lại của vi điều khiển để thực hiện các
chức năng khác như giám sát, điều khiển, hiển thị…
Để khuếch đại tín hiệu PWM để tránh nhiễu cho các khóa người ta thường sử dụng
transistor hoặc các linh kiện chuyển mạch khác (ở đây ta dùng IC ULN2804). Các cấu

hình cầu hoặc bán cầu đã được nói ở trên thường được sử dụng trong trường. Các cấu
hình cầu sử dụng 4 linh kiện chuyển mạch và thường được gọi là cầu H (H Brigde) do
hình dạng của nó.
1.3.MẠCH CẦU H
Mạch cầu H là một mạch chuyển mạch tạo bởi 4 linh kiện sắp xếp theo hình chữ H.
Bằng cách điều khiển các công tắc trong mạch ta có thể tạo điện áp dương, âm và 0V
trên tải. Mạch cầu H cơ sở được thể hiện qua hình 1.7

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 9

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Hình 1.7 Sơ đồ đơn giản của mạch cầu H sử dụng Mosfet làm công tắc [8]
Quan hệ giữa tình trạng hoạt động của các linh kiện trong mạch và điện áp trên tải
được mô tả trong bảng 1. Lưu ý là các trường hợp khác đã được loại trừ ví dụ ngắn
mạch.
Bảng 1.1 Sơ đồ trạng thái đóng ngắt các khóa trên mạch cầu H
Q1

Q2

Q3

Q4

Áp trên tải

Dẫn

Tắt

Tắt

Dẫn

Dương

Tắt

Dẫn

Dẫn

Tắt

Âm

Dẫn

Dẫn

Tắt

Tắt

0V

Tắt

Tắt

Dẫn

Dẫn

0V

1.4
CÁC BỘ LỌC TẦN SỐ
Các bộ lọc có nhiều dạng với ưu-nhược điểm khác nhau. Ví dụ các bộ lọc số có cấu
hình đơn giản và có thể được thiết lập bất kỳ tần số nào. Nếu yêu cầu chỉ là lọc thông

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 10

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

thấp/cao/băng với tần số xác định, các bộ lọc tích cực dạng này có thông số kỹ thuật rất
cao và có suy hao không đáng kể. Các bộ lọc này thường được cấu tạo dựa trên các

khuếch đại thuật toán (Op-amp) hay các linh kiện lô-gic. Tuy nhiên, các bộ lọc này có
giá thành cao, và không có khả năng lọc tín hiệu điện áp cao. Để thực hiện lọc điện áp
cao trong các bộ nghịch lưu, người ta thường sử dụng các bộ lọc thụ động. Các bộ lọc
này có giá thành thấp và dễ triển khai trong thực tế.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 11

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.5TÓM GỌN SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH
Sau đây là sơ đồ khối của bộ nghịch lưu dùng cầu H cho UPS online

BỘ LỌC
TẦN SỐ
THẤP

MẠCH
BẢO VỆ

TẢI

MẠCH NẠP

ÁP

TẢI

27,4V
MẠCH ĐO
DÒNG VÀ ÁP

MẠCH CẦU H SỬ
DỤNG IGBT

NẠP
DC

310
V
DC

ACQUY
ÁP
ACQUY

24V

TÍN
HIỆU
HỒI
TIẾP

PHÓNG
ĐIỆN

MẠCH

CHUYỂN
MẠCH

310V DC

220V AC

DC-DC
VI ĐIỀU
KHIỂN

TẠO XUNG
PWM

310V
DC

MẠCH LÁI
MOSFET

KHUẾCH
ĐẠI

Hình 1.9 Sơ đồ khối mạch nghịch lưu acquy dùng cầu H

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 12

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

2.1Giới thiệu chung về acquy
Acquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch. Nó tích trữ năng lượng dưới dạng
hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Dòng điện trong bình
acquy tạo ra do phản ứng điện phân giữa vật liệu trên bản cực và dung dịch H2SO4.
Hiện nay chúng ta có nhiều loại acquy, nhưng có 2 loại cơ bản là acquy axit và
acquy kiềm.
Bình acquy được làm từ nhiều tế bào acquy (cell), ta gọi đó là những acquy đơn,
được đặt trong 1 vỏ bọc bằng cao su cứng hay nhựa cứng.
Mỗi acquy đơn có điện thế khoảng 2V. Acquy 12V có 6 acquy đơn mắc nối tiếp.
Muốn có điện thế cao hơn ta mắc nối tiếp nhiều acquy lại với nhau.
-

+

Hình 2.1. Cấu tạo acquy

Trên nắp mỗi acquy đơn có đặt nắp thông hơi, với mục đích:
· Để đậy kín acquy, khi cần thêm nước thì mở ra thêm nước vào.
· Khi nạp thì người ta mở nắp này để chất khí hình thành có khí thoát ra.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 13

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

Dung dịch điện phân là H2SO4, nồng độ dung dịch có ảnh hưởng lớn đến sức điện
động của acquy, thể hiện trong sơ đồ sau:

Hình 2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dd

g tới điện trở và sức điện động

Thông thường nồng độ H2SO4 g = 1.1 – 1.3g/cm3
2.1.1Quá trình hóa học xảy ra trong acquy axit
Trong acquy thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch đặc trưng là quá
trình nạp và phóng điện.
−

Khi nạp nhờ nguồn điện ở mạch ngoài mà các eletron chuyển động từ bản cực âm
đến bản cực dương, đây chính là dòng điện nạp In

−

Khi phóng điện, dưới tác động của sức điện động acquy, các electron sẽ chuyển
động theo hướng ngược lại.

−

Khi acquy đã nạp no, ở bản cực dương còn lại là PbO2, còn ở bản cực âm là chì
xốp Pb. Khi phóng hết điện, chất tác dụng ở 2 bản cực đêu trở thành PbSO4 ở dạng
tinh thể nhỏ.

−

Quá trình hóa học (phản ứng điện phân) xảy ra trong acquy có thể viết vắn tắt như
sau:
Trên bản cực dương:

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 14

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

PbO2 + H 2 SO4

¾PHÓNG
¾ ¾®
PbSO4 + H 2 O
¬¾
¾
¾

NAP

Trên bản cực âm:
Pb + SO4-

¾PHÓNG
¾ ¾®
PbSO4
¬¾
¾
¾
NAP

Tổng quát:
Bảng 2.1: quá trình chuyển đổi trong ac quy
Trạng thái Acquy

Cực dương

Dung dịch điện phân

Bản cực âm

Nạp no

PbO2

H2SO4

Pb

E

E

E

E

Phóng điện hết

PbSO4

H2 O

PbSO4

Khi phóng điện, axit H2SO4 bị hấp thụ để tạo thành muốn sunfat, còn tạo ra nước,
do đó nồng độ dung dịch giảm đi. Khi nạp điện thì ngược lại, nhờ hấp thụ nước và
tái sinh ra axít H2SO4 nên nồng độ dung dịch tăng lên. Sự thay đổi nồng độ dung
dịch điện phân khi phóng và nạp là một trong những dấu hiệu xác định trạng thái
tích điện của acquy.

2.2 Các thông số cơ bản của acquy
2.2.1 Sức điện động:
Sức điện động phụ thuộc nồng độ của dung dịch điện phân
E0 = 0.85 + γ (V)
Trong đó: E0: sức điện động của acquy đơn (V)
γ: nồng độ dung dịch điện phân (g/cm3)
Trong quá trình phóng điện, sức điện động của acquy được tính theo công thức:

Ep = Up + Ip.raq
Trong đó: Ep: sức điện động của acquy phóng điện.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 15

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

Up: điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện
Ip: dòng điện phóng
raq : điện trở trong của acquy
Trong quá trình nạp điện, sức điện động En được tính:
En = Un – In.raq
Trong đó:

En: sức điện động của acquy khi nạp điện
In: dòng điện nạp
Un: điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp điện

Raq: điện trở trong của acquy
2.2.2Dung lượng phóng
Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng
của acquy cho phụ tải, được tính theo công thức:
CP = IP.tP
Trong đó:

CP: dung lượng thu được trong quá trình phóng điện (Ah)
IP: dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tP

Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của dung lượng phóng và dòng điện sinh ra được:

Hình 2.3: biểu đồ dung lượng phóng

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 16

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

2.2.3 Dung lượng nạp
Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của
acquy:
Cn = In.tn
Trong đó: Cn: dung lượng thu được trong quá trình nạp điện (Ah)
In: dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn
2.2.4 Đặc tính phóng của acquy
Đặc tính phóng của acquy là đồ thì 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 đổi.

Hình 2.4: đặc tính phóng của ac quy

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 thì không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 17

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc các đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu tiếp tục cho acquy
phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh; mặt
khác, các tinh thể PbSO4 tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn rất khó hòa
tan (biến đổi hóa học) trong quá trình nạp điện trở lại cho acquy sau này. Như vậy
không nên để acquy tiếp tục phóng điện sau khoảng thời gian tgh này.
Sau khi ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động, điện áp
acquy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi phục
hay khoảng nghỉ của acquy sau khi phóng.
2.2.5 Đặc tính nạp
Đặc tính nạp 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 nạp khi trị số dùng
điện nạp không đổi

Hình 2.5 : đặc tuyến nạp
Trong khoảng thời gian nạp từ t = 0 đến t = ts, sức điện động, điện áp, nồng độ dung
dịch điện phân tăng dần.

Tới thời điểm ts, trên bề mặt bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện
tượng sôi), lúc này điện thế giữa các cực acquy đơn tăng đến 2.4V. Nếu vẫn tiếp tục
nạp, giá trị này nhanh chóng tăng tới 2.7V và vẫn giữ nguyên. Thời gian này gọi là
thời gian nạp no, có tác dụng làm cho các chất tác dụng ở sâu trong lòng bản cực

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 18

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

được biến đổi hoàn toàn, 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 – 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 dung lượng thu được của acquy khi 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 acquy quy định bằng 0.05Cn
2.2.6 Những dấu hiệu cho thấy acquy đã đầy điện
· Hiện tượng sủi bọt rất mạnh xảy ra xung quanh cực âm và cực dương
· Tỷ trọng chất điện phân so với nước đạt 1.12 – 1.22 đối với acquy cố định và
1.25 – 1.30 đối với acquy di động.

· Hiệu điện thế đạt 2.7 – 2.8 và ổn định trong suốt 3h
· Dung lượng nạp vào gấp 1.2 – 1.3 lần dung lượng định mức.
2.3 Tiêu chuẩn acquy: TCVN : 4472 : 93
Tiêu chuẩn này áp dụng cho các loại acquy chì dùng cho mục đích khởi động có
điện áp danh định 6V và 12V
−

Bình acquy phải đảm bảo gắn kín, không thoát hơi ở quanh chân đầu điện
cực và quanh nắp, áp suất chân không trong bình 21 ± 1.33 Kpa (160 ± 10 mmHg)

−

Khi đặt nghiêng bình acquy một góc 450 so với vị trí làm việc, điện dịch
không được chảy ra ngoài.

−

Nhựa gắn kín nắp bình acquy phải đồng nhất, chịu được axit, không thấm
nước và chịu được sự thay đổi nhiệt độ từ (-30) ¸ 600C.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 19

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

Khả năng khởi động ban đầu: (chỉ áp dụng cho acquy tích điện

−

khô)Trong vòng 60 ngày kể từ ngày sản xuất, acquy phải đảm bảo được thông số
theo bảng 2.2

Bảng 2.2 Thông số ac quy
Dòng
Acquy

điện

tích

phóng

điện

khởi

khô

động

Thời gian tối
thiểu kết

Điện áp đầu ra (V)
Sau 5 – 7s từ lúc

thúc khởi
động (phút)

Ip, (A)

bắt đầu phóng

Điện áp cuối

Loại

Loại

Loại

Loại

bình

bình

bình

bình

6V

12V

6V

12V

4

8

3

6

Trong
vòng
60
ngày

3C20

3

kể từ
khi sản
xuất
Chú thích: C20: dung lượng ở chế độ phóng nạp 20h
−

Dung lượng danh định của acquy: Dung lượng được xác định theo chế độ phóng
điện 20 giờ với dòng điện liên tục không đổi Ip = 0.05C20 (A) và nhiệt độ điện dịch
được trước khi phóng không quá 320C. Bình acquy phải ngừng phóng điện khi điện

áp ở hai đầu điện cực giảm đến 5.25V (đối với bình 6V) và 10.5V (đối với bình
12V).

−

Khả năng phóng điện khởi động của acquy

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 20

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

Khả năng phóng điện khởi động được xác định bằng khả năng phóng điện ở chu kì
thứ 4 với dòng phóng Ip = 3C20 (A). Chỉ tiêu này để áp dụng cho acquy không thuộc
loại tích điện khô.Các thông số của acquy phải đạt như theo bảng 2.3

Bảng 2.3 Thông số yêu cầu của ac quy
Thời gian tối
thiểu kết
thúc khởi
động (phút)

5.5

−

Dòng điện

Điện áp đầu ra (V)

phóng khởi

Sau 5 – 7s từ

động Ip,

lúc bắt đầu

(A)

phóng

3C20

Điện áp cuối

Loại

Loại

Loại

Loại

bình

bình

bình

bình

6V

12V

6V

12V

4

8

3

6

Khả năng nhận nạp điện: được xác định bằng dòng điện nạp. Bình acquy mới
chưa qua sữ dụng sau khi nạp no, phóng điện 5 giờ với Ip = 0.1C20 (A), sau đó nạp
với điện áp 7.2V (đối với bình 6V) và 14.4V (đối với bình 12V), trong 10 phút,
dòng điện nạp không nhỏ hơn 0.1C20 (A).

−

Khả năng chịu được nạp quá áp của acquy: Bình acquy phải chịu được nạp quá
bằng dòng điện liên tục không đổi In = 0.1C20 (A) trong 100 giờ với 4 chu kỳ liên
tục. Sau mỗi chu kì nạp 100 giờ để hở mạch 68 giờ và phóng kiểm tra bằng dòng
điện Ip = 3C20 (A) ở nhiệt độ 40±30C để đến điện áp cuối của acquy theo bảng 2.3
thời gian phải đạt trên 4 phút.

−

Tổn thất dung lượng (tự phóng) của bình acquy: tổn thất dung lượng so với
dung lượng danh định sau 14 ngày đêm không giảm quá 14%.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 21

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY

−

Tuổi thọ của acquy (tính theo chu kỳ phóng nạp điện): Tuổi thọ acquy phải đạt
thấp nhất 240 chu kỳ theo phép thử quy định trong tiêu chuẩn này.

−

Ghi nhãn: tên mỗi bình acquy phải ghi rõ và bền:
o Tên nhà máy sản xuất

o Dấu hiệu hàng hóa sản xuất
o Ký hiệu quy ước acquy; dung lượng danh định (Ah); điện áp (V)
o Ký hiệu đầu cực: cực dương “+” và âm “

”

o Thời gian sản xuất
o Ký hiệu tiêu chuẩn này (TCVN:4472:93)

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 22

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A VÀ MỘT SÓ LINH KIỆN KHÁC

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A VÀ MỘT SỐ LINH
KIỆN KHÁC
3.1 Vi điều khiển pic 16F877a

Hình 3.1: Vi điều khiển PIC 16F877A
Đây là vi điều khiển thuộc họ 16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài
14 bit. Mỗi lệnh được thực thi trong một chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối
đa cho phép là 20MHz với một chu kỳ lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình là
8Kx14bit, bộ nhớ dữ liệu là 368x8byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung
lượng 256x8byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau: Timer 0: bộ đếm 8

bit bộ chia tần 8 bit. Timer 1: bộ đếm 16 bit bộ chia tần số, có thể thực hiện chức
năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ
sleep. Timer 2: bộ đếm 8 bit bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ Capture/so
sánh/điều chế độ xung. Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SPP (Synchronouns Serial
Port), SPI và I2C. Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. Cổng giao tiếp
song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên
ngoài.
Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit, hai bộ so sánh.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 23

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A VÀ MỘT SÓ LINH KIỆN KHÁC

Bên cạnh đó có vài đặc tính khác của vi điều khiển như: Bộ nhớ flash với khả
năng ghi xóa được 100.000 lần. Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được
1.000.000 lần. Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. Khả năng tự
nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. Nạp được chương trình ngay
trên mạch điện ICSP (In Cỉcuit Serial Programming) thông qua 2 chân. Watchdog
Timer với bộ dao động trong. Chức năng bảo mật mã chương trình. Chế độ Sleep,
có thể hoạt động nhiều dạng Oscillator khác nhau.
3.1.1

Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F877A:

Hình 3.2: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 24

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A VÀ MỘT SÓ LINH KIỆN KHÁC

3.1.2 Tổ chức bộ nhớ:
Hình3.3: Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC
16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1word =14 bit) và được
phân thành nhiều trang. Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được
8*1024=8192 lệnh. Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ
đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>). Khi vi điều khiển được reset,
bộ đếm sẽ chỉ địa chỉ 0000h (Resetvector). Khi ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ
chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupvector). Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ
stack và không được địa chỉ hóa bới bộ đếm chương trình.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 25

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức