Thiết kế nguồn nạp cho ắc quy

1



YấU CU THIT K

Thit k ngun np cho c qui vi cỏc s liu cho trc nh sau:
in ỏp nh mc : U
m
=(60 ữ120 )V
Dũng np nh mc: I
m
= 80A
Dũng np min : I
min
=20A



NI DUNG N
Trang
Phn I:
Gii thiu chung v c quy v cụng ngh np c quy 2
PhnII:
Lc chn phng ỏn thit k mch lc 12
Phn III:
Tớnh toỏn thit k mch lc 21
Phn IV:
Xõy dng mch iu khin 26

Phn V:

Tớnh toỏn thit k mch iu khin 36


THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
2
PHẦN I
GIỚI THIỆU CHUNG ẮC QUY
VÀ CÔNG NGHỆ NẠP ẮC QUY TỰ ĐỘNG


I.1. GIỚI THIỆU VỀ
Ắ
C QUY

Bình ắc quy giúp cho ta có một nguồn điện năng tự chủ. Đó là các
bình chứa hay tích trữ điện năng. Nhiệm vụ của nó là : khi cần thiết, năng
lượng tích trữ này sẽ được giải phóng và sau đó có thể tích lũy năng lượng
trở lại (quá trình phóng – nạp điện của ắc quy). Bình ắc quy được sửa phổ
biến trong nhiều thiết bị điện trong công nghiệp và đời sống hàng ngày.
I.1.1. Khái niệm về ắc quy

Ắ
c quy là thiết bị điện. Nó được dùng làm nguồn cung điện một chiều
cho các thiết bị điện.
Ắ
c quy có khả năng tích trữ điện năng dưới dạng điện
điện hóa học và phục hồi năng lượng này dưới một nguồn điện nạp hợp lý.
Ắ
c quy được chế tạo ra theo nhiều loại khác nhau nhưng phổ biến và thường
gặp trong thực tế là ắc quy chì (hay ắc quy axit.) và ắc quy nickel (hay ắc

quy kiềm).
I.1.2. CÁC LOẠI BÌNH ẮC QUY
I.1.2.1. ắc quy chì (hay ắc quy axít)
Hai điện cực cơ bản là chì được nhúng vào trong bình cách điện có
chứa chất điện phân. (nước + a xít sunfuric).
Khi nạp điện và ắc quy (tích lũy điện năng cho ắc quy) thì dòng điện
trong bình ở trong bình chạy từ cực dương sang âm; khi phóng thì dòng điện
chạy ngược lại.
I.1.2.2. ắc quy nickel (hay ắc quy kiềm)
Nó gồm một bản cực dương dựa trên vật liệu cơ bản là kiềm (nickel)
và một bản cực âm dựa trên vật liệu cơ bản là sắt và cát-đi-mi. Chất điện
phân là dung dịch cácbônát-kali (KOH).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
3
I.1.3. Cu to ca c quy ( c quy chỡ)
Cu trỳc ca bỡnh c quy gm hai in cc c bn l chỡ c nhỳng
vo trong bỡnh cỏch in cú cha cht in phõn. (nc + a xớt sunfuric). V
c bn bỡnh c quy c cu thnh bng cỏch ghộp ni nhiu c quy n li
vi nhau.
Cu trỳc ca mt c quy n gm cú phõn khi cc dng, phõn khi
bn cc õm v cỏc tm ngn.
Phõn khi bn cc do cỏc bn cc cựng tờn ghộp li vi nhau. Cu to
ca mt bn cc trong c quy gm cú phn khung xng v cht tỏc dng
trỏt lờn nú. Khung xng ca bn cc õm v bn cc dng cú cu to ging
nhau, chỳng c ỳc t chỡ v cú pha thờm (5 ữ 8)% ng ti moang (Sb) v
to hỡnh mt li . Ph gia Sb thờm vo chỡ s lm tng dn in v ci
thin tớnh ỳc. Trong thnh phn cht tỏc dng cũn cú thờm khong 3% cht
n
(cỏc mui hu c) tng xp,
bn ca lp cht tỏc dng. Nh

tng xp m ci thin c
thm sõu ca dung dch in phõn
vo trong lũng bn cc, ng thi
din tớch thc t tham gia phn
ng hoỏ hc ca cỏc bn cc cng
c tng thờm. Phn u ca mi
bn cc cú vu, cỏc bn cc
dng ca mi c quy n c hn vi nhau to thnh khi bn cc dng,
cỏc bn cc õm c hn vi nhau thnh khi bn cc õm. S lng cỏc bn
cc trong mi c quy thng t 5 ữ 8, b dy tm bn cc dng ca c quy

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
4
thường từ 1,3 đến 1,5 mm, bản cực âm thường mỏng hơn 0,2 ÷ 0,3 mm. Số
bản cực dương trong ắc quy thường 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
được bố trí giữa các bản cực âm và dương có tác dụng ngăn cách và tránh va
đập giữa các bản cực. Tấm ngăn được làm bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề
dầy 0,8 ÷ 1,2 và có dạng lượn sóng, trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phép
dung dịch điện phân đi qua.
I.1.4. Q trình biến đổi năng lượng trong ắc quy

Ắ
c quy là nguồn năng lượng một chiều có tính chất thuận nghịch: nó
tich trữ năng lượng dưới dạng hố năng và giải phóng năng lượng dưới dạng
điện năng. Q trình ắc quy cấp điện cho mạch ngồi được gọi là q trình
phóng điện, q trình ắc quy dự trữ năng lượng được gọi là q trình nạp
điện.
I.1.4.1. Q trình biến đổi năng lượng trong ắc quy chì (ắc quy axít)
Kí hiệu hố học biểu diễn ắc quy chì (ắc quy axít) có dung dich điện

phân là axít sunfuric (H
2
SO
4
) nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3% bản cực âm là Pb và
bản cực dương là PbO
2
có dạng:

(- ) Pb  H
2
SO
4
d = 1,1 ÷ 1,3  PbO
2
( + )
Phương trình hóa học biểu diễn q trình phóng nạp của ắc quy axít:
phóng
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb 2PbSO
4
+ 2H
2
O
nạp

Thế điện động e = 2,1 V.
I.1.4.2. Q trình biến đổi năng lượng trong ắc quy nickel (ắc quy
kiềm)
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
5
Kớ hiu hoỏ hc biu din c quy nickel (c quy kim) cú dung dich
in phõn l KOH nng d = 20 % bn cc õm l Fe v bn cc dng l
Ni(OH)
3
cú dng :

( - ) Fe KOH d = 20% Ni(OH)
3
( + )

Phng trỡnh húa hc biu din quỏ trỡnh phúng np ca c quy kim :

phúng
Fe + 2NI(OH)
3
Fe(OH)
3
+ 2Ni(OH)
2

np
Th in ng e = 1,4 V.
Nhn xột: T phng trỡnh húa hc quỏ trỡnh phúng np ca c quy,
ta thy trong quỏ trỡnh phúng np nng dung dch in phõn thay i. Khi
c quy phúng in nng dung dch in phõn gim dn. Khi c quy np

in nng dung dch in phõn tng dn. Do ú ta cú th cn c vo nng
dung dch in phõn ỏnh giỏ trng thỏi tớch in ca c quy.
I.1.5. Cỏc c tớnh c bn ca c quy .
Sc in ng ca c quy chỡ (c quy axớt) v c quy nickel (c quy
kim) ph thuc vo nng dung dch cht in phõn. Do ú tớnh sc
in ng ca c quy, ngi ta thng s dng cụng thc kinh nghim :
E
o
= 0,85 + ( V )
Trong ú:
E
o
: Sc in ng tnh ca c quy (V).
: i lng cú giỏ tr bng nng dung dch cht in
phõn 15 C (V).
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
6
Trong quá trình phóng điện sức điện động (E
p
) của ắc quy được tính
theo công thức:
E
p
= U
p
+ I
p
.r
b

Trong đó:
E
p
: Sức điện động của ắc quy khi phóng điện (V).
I
p
: Dòng điện phóng (A).
U
p
: Điện áp đo trên các cực của ắc quy khi ắc quy phóng
điện (V).
r
b
: Điện trở trong của ắc quy khi phóng điện (Ω).
Trong quá trình nạp sức điện động (E
n
) của ắc quy được tính theo
công thức:
E
n
= U
n
- I
n
.r
b

Trong đó:
E
n

: Sức điện động của ắc quy khi nạp điện (V).
I
n
: Dòng điện nạp (A).
U
n
: Điện áp đo trên các cực của ắc quy khi ắc quy nạp
điện (V).
r
b
: Điện trở trong của ắc quy khi nạp điện ( Ω )
Dung lượng phóng của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng cung
cấp năng lượng của ắc quy cho phụ tải, và được tính theo công thức:
C
p
= I
p
.t
p

Trong đó:
C
p
: Dung lượng ắc quy trong thời gian phóng t
p
(Ah).
I
p
: Dòng điện phóng ổn định của ắc quy trong thời gian ắc
quy phóng điện t

p
(A).
t
p
: Thời gian ắc quy phóng điện (h).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
7
Dung lượng nạp của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ
năng lượng của ắc quy và được tính theo công thức:
C
n
= I
n
.t
n

Trong đó:
C
n
: Dung lượng ắc quy trong thời gian nạp t
n
(Ah).
I
n
: Dòng điện nạp ổn định của ắc quy trong thời gian ắc
quy nạp điện t
n
(A).
t
n

: Thời gian ắc quy nạp điện (h).

I.1.5.1. Đặc tính phóng điện của ắc quy
H.I.1.5.1. Đặc tính phóng của ắc quy
Đặc tính phóng của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của
sức điện động, điện áp ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian
phóng khi dòng điện phóng không thay đổi.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
8
Từ đặc tính phóng của ắc quy như trên hình vẽ (H.I.1.5.1.) ta có nhận
xét sau:
- Trong khoảng thời gian phóng từ t
p
= 0 đến 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 đồ thị khơng lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn
định hay thời gian phóng điện cho phép, tương ứng với chế độ phóng điện
này của ắc quy ta có dòng điện ổn định chạy trong mạch phóng điện của ắc
quy (dòng điện phóng).
- Từ thời gian t
gh
trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu ta
tiếp tục cho ắc quy phóng điện sau t
gh
thì sức điện động, điện áp của ắc quy
sẽ giảm rất nhanh. Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO

4
) tạo thành
trong phản ứng sẽ có dạng thơ rắn (do q trình biến đổi hố học) rất khó
hồ tan trong q trình nạp điện trở lại cho ắc quy sau này. Thời điểm t
gh
gọi
là giới hạn phóng điện cho phép của ắc quy, các giá trị E
p
, U
p
, ρ tại t
gh
được
gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc quy.
Ắ
c quy khơng được phóng
điện khi dung lượng còn khoảng 80% dung lượng định mức của nó.
- Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức
điện động, điện áp của ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta
gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc quy. Thời gian hồi
phục này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc quy (dòng điện phóng và
thời gian phóng).
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
9
I.1.5.2. Đặc tính nạp của ắc quy

H.I.1.5.2. Đặc tính nạp của ắc quy
Đặc tính nạp của ắc quy 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 như hình vẽ (H.I.1.5.2.) ta có các nhận xét sau :
- Trong khoảng thời gian từ t
n
= 0 đến t
n
= t
gh
thì sức điện động, điện
áp và nồng độ dung dịch chất điện phân tăng dần.
- Tới thời điểm t
s
trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí
(còn gọi là hiện tượng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc
quy 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
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
10
dng cho phn cỏc cht tỏc dng sõu trong lũng cỏc bn cc c bin i
tun hon, nh ú s lm tng thờm dung lng phúng in ca c quy.
- Thi gian np no cho c quy kộo di t 2 ữ 3 h, trong sut thi gian
ú hiu in th trờn cỏc bn cc ca c quy v nng dung dch in phõn
khụng thay i. Nh vy dung lng thu c khi c quy phúng in luụn
nh hn dung lng cn thit np no c quy.
- Sau khi ngt mch np in ỏp, sc in ng ca c quy v nng
dung dch in phõn gim xung v n nh. Thi gian ny cng gi l
khong ngh ca c quy sau khi np.
- Tr s dũng in np nh hng rt ln n cht lng v tui th
ca c quy. Dũng in np nh mc i vi c quy l I
n
= 0,1.C

10
.Trong ú
C
10
l dung lng ca c quy m vi ch np vi dũng in nh mc l I
n

= 0,1C
10
thỡ sau 10 gi c quy s y.
Vớ d: Nu mt c quy cú dung lng C = 180 Ah thỡ ta np n dũng
vi dũng in bng 10% dung lng ( tc In = 18 A ) thỡ sau 10 gi c quy
s y.
I.1.6. So sỏnh s khỏc nhau gia c quy chỡ (c quy axớt) v c quy
nickel(c quy kim)
C hai loi c quy ny u cú mt c im chung ú l tớnh cht ti
thuc loi dung khỏng v sc phn in ng.
Nhng c im khỏc nhau gia c quy axớt v c quy kim:
c quy axớt c quy kim
- Kh nng quỏ ti khụng cao, dũng
np ln nht t c khi quỏ ti cú
th t ti I
nmax
= 20%C
10
.
- Hin tng t phúng ln, c quy
- Kh nng quỏ ti rt ln, dũng
in np ln nht khi quỏ ti cú th
t ti I

nmax
= 50%C
10
.
- Hin tng t phúng nh.
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
11
nhanh ht in ngay c khi khụng s
dng.
- c s dng rng rói trong i
sng cụng nghip, nhng ni cú
nhit cao va p ln nhng ũi
hi cụng sut v quỏ ti va phi.
- Dựng trong xe mỏy, ụtụ, cỏc ng
c mỏy n cụng sut va v nh.

- Giỏ thnh thp


- Thng c s nhng ni yờu
cu cụng cao quỏ ti thng xuyờn
v s dng vi cỏc thit b cụng
sut ln.
- Dựng trong cụng nghip hng
khụng, hng hi v nhng ni nhit
hot ng mụi trng l thp.
- Giỏ thnh cao

I.2. CC PHNG PHP NP C QUY T NG
Da vo c tớnh np ca c quy ta cú th a ra ba phng ỏn np c

quy l
- Phng phỏp dũng in (dũng in khụng i).
- Phng phỏp in ỏp (in ỏp khụng i).
- Phng phỏp dũng ỏp (kt hp hai phng phỏp trờn).

I.2.1. Phng phỏp np c quy vi dũng in khụng i
õy l phng phỏp np cho phộp chn c dũng np thớch hp vi
mi loi c quy, bo m np c quy c no. õy l phng phỏp s dng
trong cỏc xng bo dng sa cha np in cho c quy hoc np sa
cha cho cỏc c quy b Sunfat hoỏ. Vi phng phỏp ny c quy c mc
ni tip nhau v phi tho món iu kin (c quy chỡ):
U
n
2,7.N
aq

Trong ú:
U
n
: in ỏp np.
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
12
N
aq
: Số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch.
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy tăng dần lên, để duy trì
dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới
hạn của biến trở được xác định theo công thức :

n

aqn
I
NU
R
0,2−
=

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

tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc quy bắt đầu sôi. Dòng
điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C
10

Phương pháp nạp với dòng điện không đổi phù hợp với giai đoạn nạp
chính (giai đoạn nạp đầy) của ắc quy.
I.2.2. Phương pháp nạp ắc quy với điện áp không đổi
Phương pháp này yêu cầu các ắc quy được mắc song song với nguồn
nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi V
raf
được tính bằng (2,3 ÷ 2,5)V
cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp
ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phương pháp
này ắc quy không nạp được từ trạng thái đầy đến trạng thái no. Vì vậy
phương pháp nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho
ắc quy trong quá trình sử dụng.

Phương pháp nạp ắc quy với điện áp không đổi thích hợp với việc nạp
no ắc quy.
I.2.3. Phương pháp nạp dòng áp
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
13
õy l phng phỏp tng hp ca hai phng phỏp trờn. Nú tn dng
c nhng u im ca mi phng phỏp.
i vi yờu cu ca bi l np c quy t ng tc l trong quỏ trỡnh
np mi quỏ trỡnh bin i v chuyn hoỏ c t ng din ra theo mt
trỡnh t ó t sn thỡ ta chn phng ỏn np c quy l phng phỏp dũng ỏp.
u tiờn c quy c np theo phng phỏp dũng khụng i cho ti
khi c quy t ti trng thỏi no thỡ chuyn sang quỏ trỡnh np c quy theo
phng phỏp in ỏp khụng i.
a, i vi c quy axit:
bo m thi gian np cng nh hiu sut np thỡ trong khong
thi gian t
n
= 8h tng ng vi 75ữ80 % dung lng c quy ta np vi dũng
in khụng i l I
n
= 0,1.C
10
. Vỡ theo c tớnh np ca c quy trong on
np chớnh thỡ khi dũng in khụng i thỡ in ỏp, sc in ng ti ớt thay
i, do ú bo m tớnh ng u v ti cho thit b np. Sau thi gian 8 h c
quy bt u sụi lỳc ú ta chuyn sang np ch n ỏp. Khi thi gian np
c 10 h thỡ c quy bt u no, ta np b xung thờm 2 ữ 3 h.
b, i vi c quy kim:
Trỡnh t np cng ging nh c quy axit nhng do kh nng quỏ ti
ca c quy kim ln nờn lỳc n dũng ta cú th np vi dũng np I

n
= 0,2.C
10

hoc np cng bc tit kim thi gian vi dũng np I
n
= 0,5.C
10
.
Cỏc quỏ trỡnh np c quy t ng kt thỳc khi b ct ngun np hoc
khi np n ỏp vi in ỏp bng in ỏp trờn 2 cc ca c quy, lỳc ú dũng
np s t t gim v khụng.
Kt lun :
- Vỡ c quy l ti cú tớnh cht dung khỏng kốm theo sc phn in
ng cho nờn khi c quy úi m ta np theo phng phỏp in ỏp thỡ dũng
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
14
in trong c quy s t ng dõng nờn khụng kim soỏt c s lm sụi c
quy dn n hng húc nhanh chúng. Vỡ vy, trong vựng np chớnh ta phi tỡm
cỏch n nh dũng np cho c quy.
- Khi dung lng ca c quy dõng lờn n 80% lỳc ú nu ta c tip
tc gi n nh dũng np thỡ c quy s sụi v lm cn nc. Do ú n giai
on ny ta li phi chuyn ch np c quy sang ch n ỏp. Ch n
ỏp c gi cho n khi c quy ó thc s no. Khi in ỏp trờn cỏc bn cc
ca c quy bng vi in ỏp np thỡ lỳc ú dũng np s t ng gim v
khụng, kt thỳc quỏ trỡnh np.
- Tu theo loi c quy m ta np vi cỏc dũng in np khỏc nhau

.

c quy axớt:
Dũng np: I
n
= 0,1C
10
.
Dũng in np cng bc: I
n
= 0,2C
10
.

.

c quy kim:
Dũng np: I
n
= 0,2C
10
.
Dũng in np cng bc: I
n
= 0,5C
10
.
- T cỏc phõn tớch trờn, nu ta thit k np in cho c quy chỡ (c
quy axớt) thỡ cú cỏc s liu sau:
.Dũng np ln nht: I
nmax
= I

m
(A).
Trong ú I
m
= 80 A.
I
nmax
= I
m
= 80 A
.in ỏp chnh lu: U
dmax
=
.
4,2
7,2
U
m
(V).
Trong ú U
m
= 120 V.
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
15
U
dmax
=
120.
4,2
7,2

= 135 V
Do m

ch ch

nh l

u l

y ngu

n

i

n t

l

i qua mỏy bi

n ỏp nờn khi
tớnh toỏn ta ph

i tớnh thờm t

n hao do mỏy. Th

c t

cỏc van trang m

ch l

c
c

ng cú s

t ỏp. Vỡ v

y,

i

n ỏp ch

nh l

u khụng t

i l

n nh

t s

l:
U
domax

=
U
dmax
+

U
r
+

U
x
+

U
v

U
domax
= U
dmax
+ 4
%
. U
dmax
+ 1,5
%
. U
dmax
+

U
v

Trong

ú :
U
dmax
:

i

n ỏp ch

nh l

u l

n nh

t khi cú t

i
(U
dmax
=135V).


U

r
: S

t

i

n ỏp trờn

i

n tr

mỏy bi

n ỏp.

U
x
: S

t

i

n ỏp trờn

i

n khỏng mỏy bi

n ỏp.


U
v
: S

t ỏp cỏc van dũng ch

nh l

u ch

y qua.

i v

i bi

n ỏp cụng su

t thu

c lo

i bi

n ỏp cụng c

nh

, s

t ỏp trờn

i

n tr

t

ng

i l

n, kho

ng 4
%
, s

t ỏp trờn

i

n khỏng nh

h

n kho

ng
1,5
%
.

i

n ỏp s

t trờn m

t van ch

nh l

u kho

ng 1V.
V

i m

ch ch

nh l

u m dũng ch

nh l

u ch

y qua 2 van ch

nh l

u thỡ

i

n ỏp ch

nh l

u khụng t

i l

n nh

t l:
U
domax
= 1,055.135 + 2 = 144,4 V

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
16



PHẦN II
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
MẠCH LỰC
II.1. MẠCH CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN ĐỐI XỨNG CẦU BA PHA

II.1.1. Sơ đồ mạch nguyên lý
H.II.1.1.
S
ơ

đồ
nguyên lý m
ạ
ch ch
ỉ
nh l
ư
u
đố
i x
ứ
ng c

ầ
u ba pha

S
ơ

đồ
ch
ỉ
nh l
ư
u
đ
i
ề
u khi
ể
n
đố
i x
ứ
ng c
ầ
u ba pha (H.II.1.1.) g
ồ
m 6
tiristor
đượ
c chia làm hai nhóm.
- Nhóm catôt chung: T

1
, T
3
và T
5
.
- Nhóm anôt chung: T
2
, T
4
và T
6
.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
17
Gúc m





c tớnh t

giao

i

m c

a cỏc n

a hỡnh sin.
Tr

trung bỡnh c

a

i

n ỏp trờn t

i



=

=

+

+

cos
U63
d.Sin.U2
2
6
U

6
5
6
2
2d

T

cụng th

c trờn ta th

y U
d
= U
domax
khi cos

= 1

ng v

i cos

=1 ta cú U
d
=

2
U63

V
Theo tớnh toỏn ph

n 1 cú U
domax
=144,4V thay vo
Ta cú tr

hi

u d

ng

i

n ỏp pha th

c

p bi

n ỏp

U
2
=
63

.U

d
=
63
14,3
.144,4 =61,7 V.

i

n ỏp cỏc pha th

c

p c

a mỏy bi

n ỏp l:
U
a
= 87,3.sin

V
U
b
= 87,3.sin(

-
3
2
) V

U
c
= 87,3. sin(

+
3
2
) V
Tr

hi

u d

ng c

a dũng

i

n ch

y trong m

i pha th

c

p mỏy bi

n ỏp
I
2max
=
.
3
2
I
dmax


Theo s

li

u ban

u thỡ I
dmax
= 80 A
I
2max
=
.
3
2
I
dmax
=
.

3
2
80 = 65,32 A
Tr

trung bỡnh c

a dũng

i

n ch

y trong m

i Tiristor l:
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
18
I
tbVmax
=
3
I
maxd
=
3
80
= 26,67 A

Đ

i
ệ
n áp ng
ượ
c l
ớ
n nh
ấ
t mà m
ỗ
i tiristor ph
ả
i ch
ị
u
U
ngmax
=
6
U
2
=
.
3
π
U
domax
= 1,05U
domax
= 151,6 V

Công su
ấ
t máy bi
ế
n áp
S
ba
=
.
3
π
U
domax
.I
dmax
=
.
3
π
144,4.80.10
-3
= 12,1 kVA
Nhận xét:

V
ớ
i s
ơ

đồ

ch
ỉ
nh l
ư
u c
ầ
u 3 pha có
đ
i
ề
u khi
ể
n thì
đ
i
ệ
n áp ra U
d
ít
đậ
p
m
ạ
ch (trong m
ộ
t chu kì
đậ
p m
ạ
ch 6 l

ầ
n) do
đ
ó v
ấ
n
đề
l
ọ
c r
ấ
t
đơ
n gi
ả
n,
đ
i
ệ
n
áp ng
ượ
c lên m
ỗ
i van nh
ỏ
, công su
ấ
t bi
ế

n áp nh
ỏ
nh
ư
ng m
ạ
ch ph
ứ
c t
ạ
p
nhi
ề
u kênh
đ
i
ề
u khi
ể
n.
II.1.2. ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH BIỂU DIỄN

Xét v
ớ
i tr
ườ
ng h
ợ
p L
d

=
∞
và không có trùng d
ẫ
n, khi
đ
ó dòng
đ
i
ệ
n t
ả
i
s
ẽ
ph
ẳ
ng và không có giai
đ
o
ạ
n 2 van cùng d
ẫ
n
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
19
H.II.1.2.

Đườ
ng

đặ
c tính bi
ể
u di
ễ
n
II.2. MẠCH CHỈNH LƯU BÁN ĐIỀU KHIỂN CẦU KHÔNG ĐỐI XỨNG BA PHA
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
20
II.2.1. Sơ đồ nguyên lý

H.II.2.1.
S
ơ

đồ
nguyên lý m
ạ
ch ch
ỉ
nh l
ư
u c
ầ
u không
đố
i x
ứ
ng ba pha

Trong s
ơ

đồ
ch
ỉ
nh l
ư
u c
ầ
u không
đố
i x
ứ
ng ba pha (H.II.1.2.) s
ử
d
ụ
ng
3 tiristor (
ở
nhóm catôt chung) và 3
đ
iôt
ở
( nhóm anôt chung).
Tr
ị
t
ứ

c th
ờ
i c
ủ
a
đ
i
ệ
n áp t
ả
i
u
d
= u
d1
- u
d2

Tr
ị
trung bình c
ủ
a
đ
i
ệ
n áp trên t
ả
i
U

d
= U
d1
- U
d2

Trong
đ
ó:
U
d1
: Là thành ph
ầ
n
đ
i
ệ
n áp do nhóm catôt chung t
ạ
o nên.
U
d2
: Là thành ph
ầ
n
đ
i
ệ
n áp do nhóm anôt chung t
ạ

o nên.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
21
U
d1
=

+

+



6
5
6
2
d.sinU2
2
3
=

2
U63
2
.cos


U
d1

=





6
11
6
7
2
d.sinU2
2
3
= -

2
U63
2



U
d
=

2
U63
2
.(1+cos

)

Theo cụng th

c trờn U
d
= U
dmax
khi cos

=1

ng v

i cos

=1 ta cú U
d
=

2
U63
V
Theo tớnh toỏn ph

n 1 cú U
domax
=144,4V thay vo
Ta cú tr

hi

u d

ng

i

n ỏp pha th

c

p bi

n ỏp

U
2
=
63

.U
d
=
63
14,3
.144,4 =61,7 V.

i

n ỏp cỏc pha th

c

p c

a mỏy bi

n ỏp l:
U
a
= 87,3.sin

V
U
b
= 87,3.sin(

-
3
2

) V
U
c
= 87,3. sin(

+
3

2

) V
Tr

hi

u d

ng c

a dũng

i

n ch

y trong m

i pha th

c

p mỏy bi

n ỏp
I
2max
=
.

3
2
I
dmax


Theo s

li

u ban

u thỡ I
dmax
= 80 A
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
22
I
2max
=
.
3
2
I
dmax
=
.
3
2
80 = 65,32 A

Tr
ị
trung bình c
ủ
a dòng
đ
i
ệ
n ch
ả
y trong m
ỗ
i van là:
I
tbVmax
=
3
I
maxd
=
3
80
= 26,67 A

Đ
i
ệ
n áp ng
ượ
c l

ớ
n nh
ấ
t mà m
ỗ
i van ph
ả
i ch
ị
u
U
ngmax
=
6
U
2
=
.
3
π
U
domax
= 1,05U
domax
= 151,6 V
Công su
ấ
t máy bi
ế
n áp

S
ba
=
.
3
π
U
domax
.I
dmax
=
.
3
π
144,4.80.10
-3
= 12,1 kVA
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
23
II.2.2. Đường đặc tính biểu diễn


H.2.2.

Đườ
ng
đặ
c tính bi
ể
u di

ễ
n
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
24

Nhận xét:
Tuy
đ
i
ệ
n áp ch
ỉ
nh l
ư
u ch
ứ
a nhi
ề
u sóng hài nh
ư
ng ch
ỉ
nh l
ư
u c
ầ
u 3 pha
không
đố
i x

ứ
ng có quá trình
đ
i
ề
u ch
ỉ
nh
đơ
n gi
ả
n, kích th
ướ
c g
ọ
n nh
ẹ
h
ơ
n.
II.3. MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG
II.3.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
H.II.3.1.
M
ạ
ch ch
ỉ
nh l
ư
u bán

đ
i
ề
u khi
ể
n c
ầ
u m
ộ
t pha không
đố
i x
ứ
ng

S
ơ

đồ
ch
ỉ
nh l
ư
u bán
đ
i
ề
u khi
ể
n c

ầ
u m
ộ
t pha không
đố
i x
ứ
ng
(H.II.1.3.) s
ử
d
ụ
ng m
ộ
t n
ử
a s
ố
van là tiristor, n
ử
a còn l
ạ
i là
đ
iôt, do
đ
ó làm
gi
ả
m

đượ
c giá thành thi
ế
t b
ị

đổ
i và
đ
iôt r
ẻ
h
ơ
n nhi
ề
u so v
ớ
i tiristor. S
ơ

đồ

đ
i
ề
u khi
ể
n c
ũ
ng

đơ
n gi
ả
n h
ơ
n.
Trong s
ơ

đồ
này, góc d
ẫ
n dòng ch
ả
y c
ủ
a Tiristor và c
ủ
a
đ
i
ố
t không
b
ằ
ng nhau.
Góc d
ẫ
n c
ủ

a
đ
i
ố
t là :
λ
D
=
π
+
α

Góc d
ẫ
n c
ủ
a Tiristor là :
λ
T
=
π
-
α

Tr
ị
trung bình c
ủ
a
đ

i
ệ
n áp t
ả
i
U
d
=
∫
π
α
θθ
π
d.sinU2
1
2
=
π
2
U2
(1 + cos
α
)
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
25
T

cụng th

c trờn ta th

y U
d
= U
domax
khi cos

= 1

ng v

i cos

= 1

U
d
=

2
U22

Theo tớnh toỏn ph

n 1 cú U
domax
=144,4V thay vo
Ta cú tr

hi

u d

ng

i

n ỏp pha th

c

p bi

n ỏp

U
2
=
22

U
domax
=
22
4,144.

= 160,3V
Tr

trung bỡnh c

a dũng t

i: I
d
=
t
d
Z
U


Dũng

i

n trung bỡnh ch

y qua tiristor
I
T
=





dI
2
1

d
= I
d


2

Dũng

i

n trung bỡnh ch

y qua

iụt
I
D
=

+



dI
2
1
d
= I
d

+
2

Tr

hi

u d

ng c

a dũng

i

n ch

y qua s

c

p mỏy bi

n ỏp
I
2
=

dI
1
2
d
= I
d


1


Nhn xột:

S



ch

nh l

u

i

u khi

n 1 pha khụng

i x

ng cú c

u t

o

n gi

n,
g

n nh

, d



i

u khi

n, ti

t ki

m van. Thớch h

p cho cỏc mỏy cú cụng su

t
nh

v v

a.



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN