Thiết kế phần điện áp 1 chiều cho bộ UPS

§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề bài:
Thiết kế phần điện áp 1 chiều cho bộ UPS:
- Điện áp nguồn: 220 VAC+10%,-10%.
- Công suất: 4 KVA.
- Điện áp ra: 110 V
- Tần số vào: 60Hz
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
1
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
CHƯƠNG 1
CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KĨ THUẬT

I.GIỚI THIÊU UPS
hình I.1
1.1.Cung cấp điện cho những tải nhạy cảm
Sự cố trong các nguồn năng lượng điện có thể xẩy ra trong quá trình lắp đặt trang
thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha, sấm sét, …). Những
sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau.
Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điện áp hình sin
với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn).
Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị ảnh hưởng
trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ thống.
Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp điện vì:
 Hiện tượng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thường không tránh khỏi). Điều
này có thể ảnh hưởng đến đường dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn:
- Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
2
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS

- Sương giá có thể làm cho đường dây bị đứt
 Những hiện tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn:
- Cành cây rơi gây gắn mạch hoặc đứt dây
- Đứt cáp do đào đất
- Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp
Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp
 Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn:
- Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong quá trình khởi động.
- Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn, … gây ra điện áp
rơi và nhiễm RF
 Những hệ thống điện tử công suất cao
 Thang máy, đèn huỳnh quang
Những sự cố ảnh hưởng đến việc cung cấp năng lượng điện cho thiết bị có thể
phân thành các loại sau:
 Lệch điện áp
 Ngừng hoạt động
 Tăng đột ngột điện áp
 Thay đổi tần số
 Xuất hiện sóng hài
 Nhiễu tần số cao…
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
3
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
Sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là làm gián đoạn việc
cung cấp điện, nhất là hệ thống dữ liệu của máy tính.
1.2.Giải pháp dùng UPS
Điều cần chú ý trước hết của những sự cố và hậu quả của nó về phương diện:
 An toàn cho con người
 An toàn cho thiết bị, nhà xưởng
 Mục tiêu vận hành kinh tế

Từ đó phải tìm cách loại chúng ra. Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau cho vấn
đề này, những giải pháp này được so sánh trên cơ sở của hai tiêu chuẩn sau để đánh giá:
 Liên tục cung cấp điện
 Chất lượng cung cấp điện
Hoạt động như một giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tải nhạy cảm.
UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện liên tục, chất lượng cao, không phụ thuộc
mọi tình trạng của hệ thống cung cấp.
UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy
 Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệt khi
hệ thống cung cấp ngừng hoạt động.
 Phạm vi sai 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
5,0
±
%, tần số
1
±
%)
UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các khâu trung
gian: Acquy và chuyển mạch tĩnh.
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
4
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
1.3 Ứng dụng của UPS trong thực tế
Hiện nay nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn thông, ngân
hàng,y tế,hàng không là rất lớn. Số lượng UPS được sử dụng gần bằng 1/3 số lượng
máy tính đang được sử dụng. Có thể lấy một vài ví dụ về các thiết bị sử dụng UPS, đó là
những máy tính, việc truyền dữ liệu và toàn bộ thiết bị ở một trạng thái nào đó là rất
quan trọng và không cho phép được mất điện. UPS được sử dụng trong ngành hàng
không để đảm bảo sự thắp sáng liên tục của đường băng sân bay.

Ứng dụng chính
Thiết bị được bảo vệ
1.Hệ thống máy tính nói chung
-Máy tính,mạng máy tính
-Máy in,hệ thống vẽ đồ thị,bàn phímvà
các thiết bị đầu cuối.
2.Hệ thống máy tính công nghiệp
-Bộ điều khiển lập trình,hệ thống điều
khiển số,điều khiển giám sát,máy tự động.
3.Viễn thông
-Tổng đài điện thoại ,hệ thống truyền
dữ liệu,hệ thống rađa.
4.Ytế,công nghiệp
Dụng cụ y tế,thang máy,thiết bị điều
khiển chính xác,thiết bị đo nhiệt độ,bơm
plastic...
5.Chiếu sáng
-Đường hầm ,đường băng sân bay,
nhà công cộng...
6.Các ứng dụng khác
-Máy quét hình,cung cấp năng lượng
cho máy bay...
Nói tóm lại UPS là 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.
1.4 Phân loại UPS
1.4.1..Phân loại UPS dựa theo bộ chuyển đổi
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
5
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
Hình I.2

a.UPS tĩnh:Sử dụng bộ chuyển đổi tĩnh thực hiện cung cấp năng lượng.
-Giới hạn dòng trong vận hành cho phép I
cp
=2.33I
đm
-Cách li về điện.
-Bảo dưỡng và vận hành đơn giản,làm việc tin cậy cậy chắc chắn.
-Khả năng phản ứng tức thời trước những dao động biên độ của hệ thống cung
cấp,sử dụng thiết bị điều khiển vi xử lí dựa trên kĩ thật số.
-Biên độ điện áp điều chỉnh trong phạm vi sai số
±
0.5%
÷
±
1%,thời gian điều
chỉnh nhanh,kích thước và trọng lượng của hệ nhỏ

b.UPS quay
Hình I.3
Sử dụng máy điện quay để thực hiện biến đổi năng lựợng,
-I
nm
=I
đm
-Hệ thống phụ tải cánh li với nguồn.
-Trở kháng ra của hệ thấp.
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
6
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
1.4.2.Phân biệt theo chế độ làm việc

a.UPS gián tiếp(offline UPS)
HìnhI.4
-Nghịch lưu nối song song với hệ thống cung cấp là nguồn dự trữ phòng tình
trạng khẩn cấp.
-Trong quá trình vận hành,nguồn lưới được cung cấp trực tiếp đến tải qua bộ lọc
F mà không qua nghịch lưu.
-Nếu sự cố hệ thống cung cấp điện hoặc U hệ thống cung cấp điện không nằm
trong sai số cho phép thì tải chuyển từ hệ thống cung cấp điện qua nghịch lưu trong thời
gian ngắn <10 ms.Khi điện áp hệ thống cung cấp được phục hồi,tải sẽ tự động chuyển
về hệ thống cung cấp
-Dùng với tải P <2 KVA.
-Thời gian chuyển mạch phù hợp với tải nhạy cảm.
-Tuy nhiên offline UPS không đáp ứng với phụ tải như máy tính ,tổng đài điện
thoại,không điều chỉnh được tần số.
b,OnlineUPS
HìnhI.5
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
7
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
-Được chèn vào giữa hệ thống cung cấp và tải.Toàn bộ điện năng cung cấp cho
tải đều phải qua nghịch lưu do vậy việc cung cấp điện được liên tục trong phạm vi sai số
cho phép của f,U.
-Không phụ thuộc vào trạng thái cua hệ thống cung cấp điện.
-Áp dụng cho tải có công suất trung bình P
≥
40 KVA.
1.5.Sơ đồ nguyên lí chung của UPS
CL: Cung cấp nguồn một chiều cho nghịch lưu và nạp thường trực cho ắcquy AQ:
Tạo năng lượng dự trữ cung cấp cho nghịch lưu nếu sảy ra:
-Ngừng hoạt động hệ thống cung cấp.

-Hệ thống cung cấp có sự cố hoặc chất lượng hệ thống cung cấp không
trong giới hạn cho phép.
NL:Chuyển đổi DC AC với sai số cho phép chặt chẽ ,chắc chắn hơn hệ
thống chính.
ĐK: Bao gồm cả hệ thống phản hồi ,điều khiển hoạt động của CL ,NLvà quá trình
phóng nạp AQ ,ổn định cung cấp điện theo yêu cầu.
Trong phạm vi đồ án này chúng ta nghiên cứu phần CL cung cấp nguồn DC
choNL, AQ đồng thời với hệ thống điều khiển quá trình phóng nạp AQ.
II)ACQUI
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
8
110220
ĐK
Aq
CL
NL
+
_
Hình I.2
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
2.1.Khái niệm acqui
Ắc qui là một nguồn điện được trữ năng lượng điện dưới dạng hoá.
Ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện trong
công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày: như 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 nhưng phổ biến nhất là hai loại ắc qui chì và ắc
qui axit.
2.2. Cấu tao và đặc điểm của các loại ắc qui:
Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dương, 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 xương và chất tác
dụng trát lên nó.
Khung xương của bản cực âm và bản cực dương có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc
từ chì và chúng được đúc từ chì và có pha thêm 5 ÷ 8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình
mắt lưới. 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 hưu cơ ) để tăng
độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện được độ thấm sâu
của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế tham
gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm . Phần đầu của mỗi bản cực
có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc qui đơn được hàn với nhau tạo thành khối bản
cực dương, các bản cực âm được hàn với nhau thành khối bản cực âm. Số lượng các bản
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
9
2
3
1. VÊu b¶n cùc
2. ChÊt t¸c dông
3. Cèt b¶n cùc
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
cực trong mỗi ắc qui thường từ 5 đến 8, bề dầy tấm bản cực dương của ắc qui thường từ
1,3 đến 1,5 mm , bản cực âm thường mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm . Số bản cực âm trong
ắc qui 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 đến 1,2 mm và có dạng lượn sóng , trên bề mặt tấm ngăn có
các lỗ cho phéo dung dịch điện phân thông qua.
2.3. Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc qui
Ắc qui là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng lượng

dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Quá trình ắc qui
cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc qui dự trữ năng
lượng được gọi là quá trình nạp điện.
3.1. Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc qui axit:
Trong ắc qui axit có các bản cực dương 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 ÷ 1,3 %
(- ) Pb  H
2
SO
4
d = 1,1 ÷ 1,3  PbO
2
( + )
Phương 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 lượng trong ắc qui kiềm:
Trong ắc qui kiềm có bản cực dương 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
( + )
Phương 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
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
10
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
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.
2.4. Các thông số cơ bản của ắc qui:
a.. Sức điện động của ắc qui:
Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch
điện phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm
Eo = 0,85 + ρ ( V )
trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )
ρ - 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 được 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 ( Ω )
Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc qui được 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 ( Ω )

b. dung lượng của ắc qui:
_Dung lượng phóng của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng
lượng điện của ắc qui cho phụ tải, và được tính theo công thức :
Cp = Ip.tp
trong đó : Cp - dung dịch thu được 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 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 :
Cn = In.tn
trong đó : Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( Ah )
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
11
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
In - dũng in np n nh trong thi gian np tn ( A )
tn - thi gian np in ( h ).
2.5. c tớnh phúng np ca c qui:
a.. c tớnh phúng acqui
c tớnh phúng ca c qui l th biu din quan h ph thuc ca sc in ng,
in ỏp c qui v nng dung dch in phõn theo thi gian phúng khi dũng in
phúng khụng thay i .
T c tớnh phúng ca c qui nh trờn hỡnh v ta cú nhn xột sau:
Trong khong thi gian phúng t tp = 0 n tp = tgh, sc in ngin ỏp, nng
dung dch in phõn gim dn, tuy nhiờn trong khong thi gian ny dc ca cỏc
th khụng ln, ta gi ú l giai on phúng n nh hay thi gian phúng in cho
phộp tng ng vi mi ch phúng in ca c qui ( dũng in phúng ).
T thi gian tgh tr i dc ca th thay i t ngt .Nu ta
tip tc cho c qui phúng in sau tgh thỡ sc in ng ,in ỏp ca c qui s gim rt
nhanh .Mt khỏc cỏc tinh th sun phỏt chỡ (PbSO
4

) to thnh trong phn ng s cú dng
thụ rn rt khú ho tan ( bin i hoỏ hc) trong quỏ trỡnh np in tr li cho c qui sau
ny. Thi im tgh gi l gii hn phúng in cho phộp ca c qui, cỏc giỏ tr Ep, Up,
ti tgh c gi l cỏc giỏ tr gii hn phúng in ca c qui. c qui khụng c phúng
in khi dung lng cũn khong 80%.
Sau khi ó ngt mch phúng mt khong thi gian no, cỏc giỏ tr sc in ng,
in ỏp ca c qui, nng dung dch in phõn li tng lờn, ta gi õy l thi gian hi
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41
12
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 ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
phc hay khong ngh ca c qui. Thi gian hi phc ny ph thuc vo ch phúng
in ca c qui (dũng in phúng v thi gian phúng ).
b.c tớnh np acqui
c tớnh np ca c qui l th biu din quan h ph thuc gia sc in ng ,
in ỏp v nng dung dch in phõn theo thi gian np khi tr s dũng in np
khụng thay i .
T th c tớnh np ta cú cỏc nhn xột sau :
Trong khong thi gian t tn = 0 n tn = tgh thỡ sc in ng, in ỏp, nng
dung dch in phõn tng dn.
Ti thi im ts trờn b mt cỏc bn cc õm xut hin cỏc bt khớ (cũn gi l hin
tng" sụi " ) lỳc ny hiu in th gia cỏc bn cc ca c qui n tng n 2,4 V .
Nu vn tip tc np giỏ tr ny nhanh chúng tng ti 2,7 V v gi nguyờn. Thi gian
ny gi l thi gian np no, nú cú tỏc 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 qui.
SVTH: Lê Phơng Lớp T2 K41
13
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
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ÷ 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 . Như vậy dung lượng thu được khi ắc qui phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng
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 hưởng rất lớn đến chất lượng 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 lượng 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.
Ví dụ với ắc qui C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10% dung
lượng ( tức In = 18 A ) thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
2.6. 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. Nhưng 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 được khi quá tải là
I
nmax
= 20%C
10
_Hiện tượng 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 nhưng 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 tượng tự phóng nhỏ.
_Sử dụng ở những nơi có yêu cầu
công suất lớn quá tải thường xuyên,
được 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 trường thấp.
_Giá thành cao.

2.7.Các phương pháp nạp ắc qui tự động.
Có ba phương pháp nạp ắc qui là
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
14
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
+ Phương pháp dòng điện.
+ Phương pháp điện áp.
+ Phương pháp dòng áp.
a. Phương pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại
ắc qui, bảo đảm cho ắc qui được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo
dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá.
Với phương pháp này ắc qui được 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
được xác định theo công thức :

n
aqn
I
N0,2U
R
−
=
Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo
dài và yêu cầu các ắc qui 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 qui bắt
đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C
10
b. Phương pháp nạp với điện áp không đổi.
Phương pháp này yêu cầu các ắc qui được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu
điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3V ÷ 2,5V) 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 qui không được nạp no. Vì vậy nạp
với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử
dụng.
c. Phương pháp nạp dòng áp.
Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được
những ưu điểm của mỗi phương 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 được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta
chọn phương án nạp ắc qui là phương pháp dòng áp.
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
15
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì
trong khoản thời gian tn = 8h tương ứng với 75÷80 % dung lượng ắc qui ta nạp với
dòng điện không đổi là In = 0,1. 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 được 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 như ắc qui axit nhưng 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 cưỡng 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.
2.8.Tính toán và lựa chọn acqui
Căn cứ vào đầu ra của bộ nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện, ta có thể chọn
được điện áp đầu vào đặt lên ắcquy.Giả sử ta chọn bộ nghịch lưu độc lập nguồn áp một
pha
Khi đó điện áp ra dạng xung chữ nhật ,nếu phân tích ra các thành phần của chuỗi
Fourier sẽ gồm các thành phần sóng hài với biên độ bằng:
U
(n)

=-2
n
nE
π
π
))cos(1(
+−

Như vậy điện áp ra tồn tại các thành phần sóng hài bậc lẻ 1,3,5,7...với biên độ
bằng
....
5
4
,
3
4
,
4
πππ
EEE
Để điện áp ra có dạng sin có thể dùng các bộ lọc để lọc bỏ các
thành phần sóng hài bậc cao . Giả sử điện áp ra đã được lọc chỉ còn thành phần sóng hài
bậc một dạng sin biên độ
=
π
E4
110(V) suy ra E=
4
.110
π

=
86,4(V).
Nếu sử dụng một nguồn 86,4(V) có một ưu điểm là dòng tiêu thụ sẽ nhỏ nhưng kích
thước của bộ chỉnh lưu sẽ lớn hơn, cồng kềnh. Để khắc phục điều này ta chỉ sử dụng
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
16
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
một nguồn áp trung bình E
d
=60(V)DC để cung cấp cho ăcquy và nghịch lưu. Sau khi
qua bộ nghịch lưu sẽ sử dụng một máy biến áp để nâng điện áp lên 110V xoay chiều
phù hợp với tải.
Ắcquy được chọn là loại ắc quy 12V. Như vậy ta cần mắc 60/12=5 ắc quy mắc
nối tiếp nhau.
*Tính toán dung lượng của ắc quy.
Với yêu cầu về công suất của UPS là 4 KVA, U
r
= 110(V ) ta cần sử dụng máy
biến áp. Nếu coi hiệu suất của máy biến áp là 95% thì hiệu suất phía sơ cấp của máy
biến áp nghịch lưu là:
S
nghịch lưu
=
95,0
4
= 4,21(KVA)
Ta giả sử bộ nghịch lưu có hiệu suất 0,8 suy ra công suất cung cấp ở đầu vào
nghịch lưu = 0,8*4,21 = 3,368(KVA)
Dòng điện cần thiết để nạp cho ắc quy là:
I

d
=
60
3368
= 56,13(A)
Thông thường khi chọn ăcquy phải chọn dung lượng lớn hơn 2 hoặc 5 lần dung lượng
định mức tuỳ thuộc vào loại ắc quy để đảm bảo cho ắc quy không bị hỏng
Do trong bộ ắc quy có nội trở trong do đó điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu được
tính như sau:
U
cl
=U
d
+U
t
Trong đó:
U
cl
: điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu.
U
d
: điện áp đặt trên hai đầu ắc quy. U
d
=60(VDC)
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
17
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
U
t
: điện áp tổn hao do nội trở của ắc quy.

Với loại ăcquy 12V ta tra được nội trở trong của ăcquy là r=0,0015
Ω
. Vậy nội trở
trong của bộ ăcquy là R=0,0015*6*5=0,045(
Ω
)(Mỗi acqui có 6 ngăn).
Điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu là:
U
cl
=60 + 56,13*0,045 = 62,53(VDC)
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 phương pháp điện áp thì dòng điện trong ắc qui sẽ tự
động dâng nên không kiểm soát được 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 lượng 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 nước. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải
chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được 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 cưỡng bức với dòng
điện nạp In = 0,2C
10
.
+ ắc qui kiềm : dòng nạp In = 0,2C
10
; nạp cưỡng bức với

dòng điện nạp In = 0,5C
10
.

 Qua phân tích về yêu cầu kỹ thuật của bộ lưu điện ở trên, em chọn phương án
thiết kế bộ chỉnh lưu cho bộ lưu điện loại Offline UPS vì nó khá đơn giản về thiết kế và
đáp ứng được những đòi hỏi cơ bản của 1 nguồn điện dự phòng.
- Chọn loại ắcquy 12V ( 5 ắcquy mắc nối tiếp nhau )
- Trong đó
+ Điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu là: 62,53 V
+ Dòng điện cần thiết để nạp cho ắcquy là: 56,13 ( A )
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
18
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
CHƯƠNG 2
LƯẠ CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH CHỈNH LƯU
Do yêu cầu của bài là điện áp một pha nên ta sẽ chọn lựa mạch lực dựa trên một số
mạch chỉnh lưu một pha cơ bản :
1. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ.
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
19

0
0
1
1
2
2
3
3

4
4
5
5
U2
R
L
T
U1
§å ¸n §TCS ThiÕt kÕ bé CL cña nguån UPS
Hình 1. Sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ.
ở sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ hình 8.1 sóng điện áp ra một chiều sẽ bị gián
đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anod của van bán dẫn âm, do vậy khi sử dụng sơ
đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ, chúng ta có chất lượng điện áp xấu, trị số điện áp tải trung
bình lớn nhất được tính:
U
do
= 0,45.U
2
(8 -1)
Với chất lượng điện áp rất xấu và cũng cho ta hệ số sử dụng biến áp xấu:
S
ba
= 3,09.U
d
.I
d
. (8 -2)
Đánh giá chung về loại chỉnh lưu này chúng ta có thể nhận thấy, đây là loại chỉnh
lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản. Tuy vậy các chất lượng kỹ thuật như: chất

lượng điện áp một chiều; hiệu suất sử dụng biến áp quá xấu. Do đó loại chỉnh lưu này ít
được ứng dụng trong thực tế.Khi cần chất lượng điện áp khá hơn, người ta thường sử
dụng sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ theo các phương án sau.
2. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.

Hình 2. Sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.
Theo hình dạng sơ đồ, thì biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống
hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua. Cho nên ở cả hai
nửa chu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn. Trong sơ đồ này
điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ, với tần số đập mạch bằng hai lần tần số
điện áp xoay chiều. Hình dạng các đường cong điện áp, dòng điện tải (Ud, Id), dòng
điện các van bán dẫn I1, I2 và điện áp của van T1 mô tả trên hình 8.3a khi tải thuàn trở
và trên hình 8.3b khi tải điện cảm lớn.
SVTH: Lª Ph¬ng Líp T2 – K41
20
T2
U1
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R

U2
U2
T1
L