Thiết kế bộ nguồn cấp điện liên tục UPS, phần chỉnh lưu với các tham số sau: -Điện áp nguồn: 220 VAC+10%,-10%, 50Hz. -Công suất: 15KVA. -Điện áp ra: 220 VAC+/-1%. -Ắc quy: axist loại kín, thời gian lưu điện 10 phút

h
t
tp://www.ebook.edu.vn
Đề b
à
i:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
:
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Thiết kế bộ nguồn cấp điện liên
t
ục UPS, phần chỉnh
l
ư
u với các tham số sau:
- Đ
i
ện áp nguồn: 220 VAC+10%,-10%, 50Hz.
- Công su
ất:
15KVA.
- Đ
i
ện áp ra
:
220 VAC+/-1%.
- Ắc quy: axist loại kín, thời gian
l
ư
u điện 10 phút.

Ch

ơng I: Tổng quan về bộ nguồn liên tục UPS
(uninterruptible power system)
I. Giớ
i
thiệu chung về UPS
1.1 Cung cấp năng
l

ợng điện cho những
tải
nhạy cảm
1. Sự cố nguồn năng
l

ợng điện
Sự cố trong các nguồn năng
l

ợng điện có thể xẩy ra trong quá trình
l
ắp đặt trang
thiết bị hoặc ở đầu v

o hệ thống (quá
t
ải, nhiễu, mất cân bằng pha, sấm sét, ). Những sự
cố n

y có thể gây ra những hậu quả khác nhau.
Về mặt lý thuyết
:
Hệ thống phân phối năng
l

ợng điện tạo ra mộ
t
điện áp hình sin
vơi biên độ v

tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn).
Trong
t
hực tê, những sóng hình sin điện áp v

dòng điện cùng tần số bị ảnh h

ởng
trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có
t
hể xuất hiện trong hệ thống.
Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc g
i
án đoạn cung cấp điện
vì:

Hiện
t

ợng nh
i
ễm điện ở bầu khí quyển (th

ờng không
t
ránh khỏi). Đ
i
ều n

y
có thể ảnh h

ởng đến đ

ờng dây ngo

i
trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn:
- Sấm sét
l

m điện áp tăng đột ngột
t
rong hệ thống cung cấp điện
- S

ơng giá có thể
l

m cho đ

ờng dây bị đứt

Những hiện
t

ợng ngẫu nhiên, chẳng hạn:
- C

nh cây rơi gây gắn mạch hoặc đứt dây
- Đứt cáp do đ

o đất
- Sự h

hỏng
t
rong hệ thống cung cấp
Những thiế
t
bị dùng điện có
t
hể ảnh h

ởng đến hệ thống cung cấp

Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn:
- Động cơ gây ra điện áp rơi v

nhiễm RF trong quá trình khởi động.
- Những
t
h
i
ế
t
bị gây ô nhiễm:
l
ò luyện kim, máy h

n, gây ra điện áp
rơi v

nhiễm RF

Những hệ thống điện tử công suất cao

Thang máy, đèn huỳnh quang
Những sự cố ảnh h

ởng đến việc cung cấp năng
l

ợng điện cho thiết b
ị
có thể phân
th

nh các loại sau:

Lệch điện áp

Ngừng hoạt động

Tăng đột ngột điện áp

Thay đổ
i
tần số

Xuất hiện sóng h

i

Nh
i
ễu tần số cao
Sự cố có
t
hể gây ra những hậu quả nghiêm
t
rọng, đặc biệt
l


l

m g
i

án đoạn
việc cung cấp điện, nhất
l

hệ thống dữ
liệ
u của máy tính.
1.2 Giải pháp dùng UPS
Điều cần chú ý tr

ớc hế
t
của những sự cố v

hậu quả của nó về ph

ơng diện:

An to

n cho con ng

ời

An to

n cho
t
h
i

ế
t
bị, nh

x

ởng

Mục tiêu vận h

nh kinh tế
Từ đó phải tìm cách loại chúng ra. Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau cho vấn
đề n

y, những giải pháp n

y đ

ợc so sánh
t
rên cơ sở của ha
i
tiêu chuẩn sau để đánh giá:

Liên tục cung cấp điện

Chất
l

ợng cung cấp điện

1.3 Những chức năng của UPS
Hoạt động nh

một giao diện giữa hệ thống cung cấp điện v

những
tải
nhạy cảm.
UPS cung cấp cho
tải
một năng
l

ợng điện liên tục, chất
l

ợng cao, không phụ
t
huộc mọi
tình trạng của hệ thống cung cấp.
UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy

Không bị ảnh h

ởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệt khi hệ
thống cung cấp ngừng hoạt động.

Phạm vi sa
i
số cho phép tuỳ theo yêu cầu của những thiết bị điện từ nhạy cảm

(chẳng hạn: GALAXY-sai số cho phép của biên độ
0,5 %, tần số 1%)
UPS có
t
hể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập v

liên tục thông qua các khâu
t
rung
gian: Acquy v

chuyển mạch
tĩ
nh.
II. ứng dụng của UPS trong thực tế
Hiện nay nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn thông, ngân h

ng l

rất lớn. Số l

ợng UPS đ

ợc sử dụng gần bằng 1/3 số l

ợng máy tính đang đ

ợc sử dụng.
Có thể lấy một v

i ví dụ về các thiết bị sử dụng UPS, đó l

những máy tính, việc truyền dữ
liệu v

to

n bộ thiết bị ở một trạng thái n

o đó l

rất quan trọng v

không cho phép đ

ợc
mất điện. UPS đ

ợc sử dụng trong ng

nh h

ng không để đảm bảo sự thắp sáng liêu tục
của đ

ờng băng sân bay Nói tóm lại UPS l

một nguồn điện dự phòng nó có mặt ở mọi
chỗ mọi nơi, những nơi đòi hỏi cao về yêu cầu cấp điện liên tục.
Ch

ơng II: tính toán v

lựa chọn bộ ắc quy cho nguồn UPS
I. Giới thiều chung về ắc quy.
II. Tính toán v

lựa chọn cho ắc quy.
Căn cứ v

o đầu ra của bộ chỉnh l

u độc lập nguồn dòng điện, ta có thể chọn đ

ợc
điện áp đầu v

o đặt lên ắcquy.
Dạng điện áp ra của bộ nghịch l

u độc lập nguồn dòng điện có dạng:
Ta có:
1

4


/

3

E
d

2
2
2



/

3

E
d

2
0 0
U=
2
π

∫

E
=
2
π

∫

(
3
)
dθ +
2π
∫

(
π

/

3
3
) d
θ

=0,47E
d
Với U=220V=> E
d
=220/0,47=468V.
Nếu sử dụng một nguồn lớn 468V có một

u điểm l

dòng tiêu thụ sẽ nhỏ nh

ng
kích th

ớc của bộ chỉnh l

u sẽ l

rất lớn, cồng kềnh. Để khắc phục điều n

y ta chỉ sử dụng
một nguồn áp trung bình E
d
=120VDC để cung cấp cho ăcquy v

chỉnh l

u. Sau khi qua bộ
chỉnh l

u sẽ sử dụng một máy biến áp để nâng điện áp lên 220V xoay chiều phù hợp với
tải.
ắcquy đ

ợc chọn l

loại ăcquy 12. Nh

vậy ta cần mắc 120/12=10 ắc quy mắc nối tiếp
nhau.

Tình toán dung l

ơng của ắc quy.
Với yêu cầu về công suất của UPS l

15KVA, U=220V ta cần sử dụng máy biến áp.
Nếu coi hiệu suất của máy biến áp l

95% thì hiệu suất phía sơ cấp của máy
biến áp nghịch l

u l

:
15
=
(KVA)
S
nghịch

l

u
=
0.95
15.8
Do tổn hao của các van công suất của bộ biến đổi l

không đáng kể do đó ta có thể
coi công suất đầu v

o v

đầu ra của bộ nghịch l

u l

nh

nhau.
Dòng điện cần thiết để lạp cho ắc quy l

:
15800
I
d
=
120
= 131(A)
Thông th

ờng khi chọn ăcquy phải chọn dung l

ợng lớn hơn 2 lần dung l

ợng định
mức. Vậy để đảm bảo cho ăcquy không bị hỏng ta cần chọn dung l

ợng của ắcquy
l

262A.h
Do trong bộ ắc quy có nội trở trong do đó điện áp đầu ra của bộ chỉnh l

u đ

ợc tính nh

sau:
Trong đó:
U
cl
=U
d
+U
t
U
cl
: điện áp đầu ra bộ chỉnh l

u.
U
d
: điện áp đặt trên hai đầu ắc quy. U
d
=120VDC
U
t
: điện áp tổn hao do nội trở của ắc quy.
Với loại ăcquy 12V ta tra đ

ợc nội trở trong của ăcquy l

r=0,09

. Vậy nội
trë
trong cña bé ¨cquy l
μ
R=0,09*12=1,08
∧
Điện áp đầu ra của bộ chỉnh l

u l

:
U
cl
=120+131.1,08=262VDC.
III. Ph

ơng pháp nạp ăc quy v

ph

ơng thức điều khiển nạp.
1. Ph

ơng pháp nạp cho ắc quy.
Có ba ph

ơng pháp nạp ắc qui l

+ Ph

ơng pháp dòng điện.
+ Ph

ơng pháp điện áp.
+ Ph

ơng pháp dòng áp.
a) Ph

ơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.
Đây l

ph

ơng pháp nạp cho phép chọn đ

ợc dòng nạp thích hợp với mỗi loại ắc qui,
bảo đảm cho ắc qui đ

ợc no. Đây l

ph

ơng pháp sử dụng trong các x

ởng bảo d

ỡng sửa
chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá. Với ph

ơng
pháp n

y ắc qui đ

ợc mắc nối tiếp nhau
Nh

ợc điểm của ph

ơng pháp nạp với dòng điện không đổi l

thời gian nạp kéo d

i
v

yêu cầu các ắc qui đ

a v

o nạp có cùng dung l

ợng định mức. Để khắc phục nh

ợc
điểm thời gian nạp kéo d

i, ng

ời ta sử dụng ph

ơng pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi
hai hay nhiều nấc
b) Ph

ơng pháp nạp với điện áp không đổi.
Ph

ơng pháp n

y yêu cầu các ắc qui đ

ợc mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện
thế của nguồn nạp không đổi. Ph

ơng pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp
ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng ph

ơng pháp n

y ắc
qui không đ

ợc nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ l

ph

ơng pháp nạp bổ xung
cho
ắc qui trong quá trình sử dụng.
c) Ph

ơng pháp nạp dòng áp.
Đây l

ph

ơng pháp tổng hợp của hai ph

ơng pháp trên. Nó tận dụng đ

ợc những

u
điểm của mỗi ph

ơng pháp.
Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nh

hiệu suất nạp thì ta tiến h

nh
nạp theo hai giai đoạn.
Giai đoạn 1: nạp với dòng điện không đổi cho tới khi dung l

ợng ắcquy bằng
95% dung l
−
îng ®Þnh møc.
• Giai ®o¹n 2: n¹p víi ¸p kh«ng ®æi cho tíi khi ¾cquy no th× dõng.
Kết luận :
Vì ắc qui l

tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi ắc
qui đói m

ta nạp theo ph

ơng pháp điện áp thì dòng điện trong ắc qui sẽ tự động dâng
nên không kiểm soát đ

ợc sẽ l

m 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 l

ợng của ắc qui dâng lên đến 90% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định
dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi v

l

m cạn n

ớc. Do đó đến giai đoạn n

y ta lại phải chuyển chế
độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp đ

ợc giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự no.
Khi điện áp trên các bản cực cuẩ ắc qui bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự
động giảm về không, kết thúc quá trình nạp.
2. Ph

ơng pháp điều khiển nạp ăcquy
Sơ đồ khối của mạch điều khiển nạp ăcquy theo hai giai đoạn
U
đặt
ĐK BĐ
Z

tải

2
Ch

ơng III: tính toán và lựa chọn mạch chỉnh l

u
I. Chỉnh l

u điều khiển đối xứng sơ đồ cầu 3 pha
1. Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ gồm 6 Tiristor đ

ợc chia l

m hai nhóm:
- Nhóm Katot chung : T1, T3, T5
- Nhóm Anot chung : T2, T4, T6
Góc mở đ

ợc tính từ giao điểm của các nửa hình sin
Giá trị trung bình của điện áp trên tải
5



+


6
6
3 6 U
U
d

=

2


+

6
2 U
2
sin
d
=


2

cos

Từ công thức trên ta thấy khi
U

d

=
262 VDC
, chọn góc pha đầu


=
45
0
Vậy
U

=

125.
=

125.3,14
=

75,57
(V)
3

6.cos


3

6.cos

45
Nh

vậy ta phải sử dụng máy biến áp để hạ điện áp từ 380V xuống 76V.
Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor l

:
I
TBV

max
=

I
d

max
3
=

43,66A
Giá trị điện áp ng

ợc m

Tiristor phải chịu

U
ngmax

=
Công suất biến áp
6U
2

=
3
U
d

max

=

1,05U
d

max

=
275V
S
ba
=



U
3
d

max
I
d

max
=



.262.131.10

3
3

= 35,94kVA
Nhận xét :
Với sơ đồ chỉnh l

u 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 ng

ợc lên mỗi van nhỏ,
công suất biến áp nhỏ nh

ng mạch phức tạp nhiều kênh điều khiển.
2. Đ

ờng đặc tính biểu diễn

II. Chỉnh l

u cầu 3 pha bán điều khiển
1. Sơ đồ nguyên lý
Trong sơ đồ n

y sử dụng 3 Tiristor ở nhóm Katot chung v

3 Diot ở nhóm
Anot chung.
Giá trị trung bình của điện áp trên tải
Trong đó :
U
d
=

U
d

1


U
d

2
Ud1 l

th

nh phần điện áp do nhóm Katot chung tạo nên
Ud2 l

th

nh phần điện áp do nhóm Anot chung tạo nên
11



3
6
3 6U
U

d1

=

2


7




6
11



2U

2
sin


d


=



2

cos


2
3
6
3 6U
U

d

2
=

2


7




6
2U

2
sin

d


=



2
2