Báo cáo BTL điện: Nghiên cứu thiết kế hệ thống nguồn dự phòng cho trạm Viễn thông

MỤC LỤC

MỤC LỤC...............................................................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................................................................3
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NGUỒN DỰ PHÒNG...........................................................................4
1.1.Sơ lược............................................................................................................................................................4
1.2.Yêu cầu của hệ thống cấp nguồn cho trạm viễn thông..................................................................................4
1.2.1.Độ tin cậy....................................................................................................................................................5
1.2.2.Độ ổn định..................................................................................................................................................5
1.2.3. Hiệu suất cao..............................................................................................................................................6
1.2.4. Gọn nhẹ......................................................................................................................................................6
1.3.Các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông.........................................................................................7
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN........................................................................................................................8
2.1.Hệ thống nguồn có lưới điện quốc gia...........................................................................................................8
2.2.Hệ thống nguồn không có lưới điện quốc gia................................................................................................9
CHƯƠNG 3 : LỰA CHỌN THIẾT BỊ.......................................................................................................................11
3.1.Lựa chọn máy biến áp..................................................................................................................................11
3.2.Lựa chọn máy phát điện ..............................................................................................................................12
3.3.Ác quy...........................................................................................................................................................13
3.3.1. khái niệm..................................................................................................................................................13
3.3.2.Cấu tạo.......................................................................................................................................................13
3.3.3.Nguyên lý làm việc.....................................................................................................................................14
3.4.Các đại lượng đặc trưng của ác quy.............................................................................................................16
3.4.1.Dung lượng................................................................................................................................................16
3.4.2.Sức điện động............................................................................................................................................16
3.4.3.Dòng phóng định mức ..............................................................................................................................16
3.4.4.Công suất...................................................................................................................................................16
3.4.5.Các chướng ngại của ác quy axit...............................................................................................................16
3.4.6. Bảo dưỡng ắc quy axít.............................................................................................................................17
3.4.7. Sử dụng ắc quy ........................................................................................................................................17
3.4.8. Nạp điện...................................................................................................................................................18

3.4.8. Đấu nối ắc quy..........................................................................................................................................20
3.5.Pin mặt trời...................................................................................................................................................24
3.5.1.Cấu tạo ......................................................................................................................................................24
3.5.2.Nguyên lý hoạt động ................................................................................................................................25
3.5.3. Sơ đồ tương đương..................................................................................................................................27
1


3.5.4. Đặc trưng Vôn - Ampe..............................................................................................................................27
3.5.5. Đấu nối pin mặt trời ................................................................................................................................28
3.5.6. Bảo dưỡng pin mặt trời............................................................................................................................29

2


LỜI NÓI ĐẦU
- Ngành Viễn thông có vai trò ngày một quan trọng hơn đối với sự phát
triển kinh tế - xã hội, bảo đảm an ninh – quốc phòng, nâng cao đời sống vật
chất, tinh thần của nhân dân.
- Đó là một ngành phục vụ công cộng, một bộ phận không thể thiếu của
cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội, đồng thời cũng là ngành kinh tế mũi nhọn, đóng
góp vào sự tăng trưởng của đất nước...
- Nhận thấy tầm quan trọng của Ngành chính vì thế nhóm chúng em đã
bắt tay vào nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống nguồn dự
phòng cho trạm Viễn thông ”.
- Vì kinh nghiệm của bản thân cũng như kiến thức về lĩnh vực này không
nhiều nên khó tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự
đóng góp ý kiến từ phía các thầy cô.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NGUỒN DỰ
PHÒNG
1.1.Sơ lược
Vào cuối thế kỷ 20, độ tin cậy cung cấp điện của các nước công nghiệp
phát triển vào khoảng 99.9%, tương ứng khoảng thời gian mất điện trong một
năm là 8 giờ mà phổ biến dưới dạng mất điện trong một vài phút. Điều này
không thành vấn đề đối với hệ thống chiếu sáng hoặc hệ thống điện cơ, tức với
kỹ thuật tương tự (analog), chất lượng điện chỉ bao gồm hai chỉ tiêu quan
trọng nhất là điện áp và tần số.
Nhưng đối với hệ thống kỹ thuật số (Digital) vấn đề không đơn giản như
vậy. Đặc biệt với các thiết bị trong lĩnh vực công nghệ thông tinđược ứng
dụng từ công nghệ kỹ thuật số luôn được xem là bước đệm quan trọng trong
việc làm gia tăng sản phẩm, giảm thiểu chi phí sản xuất và tạo sự ổn định bền
vững cho xã hội.
Độ tin cậy cung cấp điện của các hệ thống có máy tính cần phải tăng lên
rất nhiều, vì mất điện dù chỉ trong một vài mili giây sẽ có nguy cơ mất hết
thông tin hoặc làm rối loạn quá trình trao đổi dữ liệu máy tính và các yêu cầu
hệ thống kỹ thuật số phải khởi động lại.
1.2.Yêu cầu của hệ thống cấp nguồn cho trạm viễn thông
Hệ thống cung cấp điện cho trạm viễn thông có vị trí quan trọng nhất và
có thể được xem như là “trái tim” của thiết bị.
Trong những năm gần đây, lĩnh vực viễn thông phát triển nhanh chóng,
ứng dụng nhiều công nghệ tiên tiến, hầu hết các thiết bị viễn thông, mạng lưới
viễn thông đều là công nghệ cao. Do đó yêu cầu đối với hệ thống cung cấp
nguồn lại càng phải được quan tâm hơn, vì hoạt động của hệ thống nguồn
không đảm bảo có thể làm cho thông tin bị dán đoạn, điện áp ra của nguồn
không ổn định hoặc quá lớn sẽ làm giảm chất lượng thông tin và thậm chí gây

hỏng các thiết bị.

4


Vì vậy, hệ thống cung cấp điện viễn thông về cơ bản phải đảm bảo độ tin
cậy, độ ổn định, hiều suất cao, ngoài ra phải đảm bảo tính gọn nhẹ.
1.2.1.Độ tin cậy
Để đảm bảo thông tinh trong suốt, ngoài việc nâng cao độ tin cậy của thiết
bị viên thông, còn phải nâng cao tính liên tục của hệ thống nguồn. Thông
thường, hệ thống nguồn phải cung cấp điện cho nhiều thiết bị, vì vậy khi hệ
thống nguồn gặp sự cố sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính liên tục của thông tin.
Các quốc gia có ngành viễn thông phát triển đều coi độ tin cậy trong cung
cấp điện là yêu cầu quan trọng đối với hệ thống nguồn. Những ngăm gần đậy,
do kỹ thuật vi điện tử và kỹ thuật máy tính được ứng dụng nhiều trong viễn
thông, khi nguồn bị gián đoạn có thể làm mất thông tin. Đồng thời, do dung
lượng thiết bị viễn thông đang tăng rất nhanh, khi nguồn bị gián đoạn sẽ gây
ảnh hưởng rất lớn. Ví dụ : một trạm điện thoai có dung lượng khoảng 2-3 vạn
thuê bao trở lên, khi nguồn bị mất sẽ gây tổn thất kinh tế to lớn và ảnh hưởng
nghiêm trọng đến an ninh quốc gia.
Để đảm bảo độ tin cậy cao cần phải cung cấp điện theo phương pháp kết
hợp, những thiết bị viễn thông do nguồn xoay chiều cung cấp điện đều phải sử
dụng nguồn xoay chiều liên tục. Trong hệ thống cung cấp điện một chiều cần
sử dụng phương thức cung cấp điện mắc song song bộ chỉnh lưu và ác quy.
Ngoài ra còn phải nâng cao độ tin cậy của các bộ nguồn. Các bộ chỉnh lưu tiên
tiến hiện nay đều mắc song song nhiều bộ chỉnh lưu để nếu có bộ chỉnh lưu
nào gặp sự cố sẽ không ảnh hưởng đến việc cung cấp điện. Hiện nay thời gian
không xảy ra sự cố bình quân của các bộ nguồn tiên tiến là 20 năm.
1.2.2.Độ ổn định
Các thiết bị viễn thông đều yêu cầu điện áp ổn định không được vượt quá

phạm vi biến động cho phép. Điện áp nguồn quá cao sẽ gây tổn hại cho các
5


linh kiện điện tử trong thiết bị viễn thông. Ngược lại nếu điện áp nguồn quá
thấp thiết bị viễn thông sẽ không thể hoạt động bình thường. Ngoài ra nhiễu
trong điện áp nguồn một chiều cũng phải nhỏ hơn giá trị cho phép nếu không
sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng thông tin.
Khi nguồn điện cung cấp cho thiết bị viễn thông có sự đột biến của điện áp
sẽ gây ảnh hưởng lớn đến thiết bị viễn thông vì vậy các thiết bị viễn thông nói
chung đều phải do nguồn ổn áp cung cấp.
1.2.3. Hiệu suất cao
Cùng với việc tăng dung lượng của thiết bị viễn thông tải của hệ thống
nguồn cũng không ngừng tăng lên. Để tiết kiệm điện năng cần phải nâng cao
hiệu suất của nguồn.
Biện pháp tiết kiệm chủ yếu là sử dụng bộ nguồn có hiệu suất cao, trước
đây các thiết bị viễn thông thường sử dụng bộ chỉnh điều khiển pha có hiệu
suất tương đối thấp (<70%), máy biến áp tổn hao lớn. Những bộ nguồn biến
đổi giao động điều hoà có thể đạt hiệu suất 90% trở lên, vì vậy bộ nguồn này
đang ngày càng phổ biến.
1.2.4. Gọn nhẹ
Cùng với sự phát triển và ứng dụng của mạch tổ hợp, thiết bị viễn thông
đang phát triển theo hướng giảm thiểu kích thước, tích hợp hoá. Để thích hợp
với sự phát triển này các bộ nguồn cũng phải nhỏ gọn, tích hợp. Ngoài ra, các
thiết bị thông tin di động và các thiết bị viễn thông trong hàng không vũ trụ
cũng cần các bộ nguồn có thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ. Để làm được điều đó,
các bộ chuyển đổi với dải tần rộng được sử dụng rộng rãi trong các ổn áp tổ
hợp, các máy biến áp. Những năm gần đây, bộ đóng ngắt dao động điều hoà
có tần số vài trăm kHz và kích thước vô cùng nhỏ đang được ứng dụng nhiều
trong thiết bị viễn thông.

6


1.3.Các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông
Các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông phải bảo đảo được yêu
cầu về tính liên tục và độ ổn định cao, do đó người ta thường dùng hệ thống
cấp nguồn tổ hợp, hệ thống cấp nguồn phân làm hai loại:
− Hệ thống cấp nguồn có lưới điện quốc gia
− Hệ thống cấp nguồn không có lưới điện quốc gia.

7


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN
2.1.Hệ thống nguồn có lưới điện quốc gia
Đối với các hệ thống thông tin đặt ở nơi gần với đường dây điện lực thì
phương án tối ưu là sử dụng lưới điện quốc gia làm nguồn cung cấp chính cho
hệ thống thông tin, đổng thời kết hợp với nguồn dự phòng là dùng tổ máy nổ
phát điện và tổ ắc qui

Hình 1.1 Hệ thống cấp nguồn tổ hợp có lưới điện quốc gia
Hệ thống này nhận năng lượng điện từ 2 nguồn. Nguồn điện chính là
nguồn do lưới điện quốc gia cung cấp, nguồn dự phòng là nguồn do tổ máy nổ
phát điện cung cấp và tổ ắc qui. Để điều khiển 2 nguồn này, người ta dùng cầu
dao hai ngả hoặc thiết bị tự động hoán chuyển đóng cắt, khi đóng cầu dao về
vị trí I thì hệ thống nhận năng lượng điện do lưới điện quốc gia, còn khi đóng
cầu dao về vị trí II thì hộ thống sẽ nhận năng lượng điện do máy phát điện
cung cấp, khi cả 2 nguồn mất thì ắc qui sẽ cung cấp điện.

8

2.2.Hệ thống nguồn không có lưới điện quốc gia
Đối với các trạm viễn thông đặt ở những nơi không có đường dây điện lực
đi qua (như rừng núi, hải đảo) thì người ta thường tổ chức hệ thống cấp nguồn
như hình 1.2

Hình 1.2 Hệ thống cấp nguồn tổ hợp không có lưới điện quốc gia
- Hệ thống này gồm có máy phát điện bằng sức gió, pin mặt trời và tổ
máy nổ phát điện, mục đích của hệ thống này là lợi dụng các ưu điểm của từng
nguồn riêng rẽ để thu được một hệ thông có hiệu suất kinh tế nhất và có lợi
dụng triệt để các điều kiện địa lý tại nơi đặt trạm, bổ sung và hỗ trợ cho nhau.
- Pin năng lượng mặt trời gồm các modul đấu nối tiếp và đấu song song
để đạt công suất yêu cầu và phối hợp với các nguồn năng lượng khác trong hệ
thống. Khi có nắng, pin mặt trời đảm bảo việc cung cấp năng lượng, nếu dư
thừa năng lượng sẽ được nạp cho ác quy.
- Máy phát điện bằng sức gió không trực tiếp cấp nguồn cho thiết bị trong
trạm mà chỉ làm nhiệm vụ nạp điện cho ác quy.
- Tổ máy phát điện sẽ cung cấp điện cho trạm viễn thông và nạp cho ác
quy khi các nguồn nói trên ngừng cung cấp.
Sự hoạt động của hệ thống như sau:
9


Bình thường pin mặt trời và các máy phát điện bằng sức gió cùng với ác
quy phối hợp cấp nguồn cho trạm còn tổ máy phát điện làm nhiệm vụ dự
phòng. Do công suất của pin mặt trời và máy phát điện bằng sức gió không
cao nên phải thông qua thiết bị xử lý công suất trước khi cấp cho hệ thống,
năng lượng dư thừa sẽ được nạp cho ác quy. Trong thời gian năng lượng nắng,
gió không đủ cung cấp thì ác quy sẽ cấp nguồn, nếu tình trạng này kéo dài,ác

quy phóng tới mức tối thiểu cho phép thì tổ máy phát điện cấp nguồn cho hệ
thống, đồng thời nạp điện cho ác quy.
Trên đây là hai phương thức cấp nguồn tổ hợp hiện nay đang được sử
dụng phổ biến. Tuy nhiên, tuỳ theo tình hình cụ thể của từng khu vực đặt trạm
viễn thông mà người ta có thể kêt hợp sao cho vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật,
vừa đảm bảo tính kinh tế.

10


CHƯƠNG 3 : LỰA CHỌN THIẾT BỊ
3.1.Lựa chọn máy biến áp
- Nguồn năng lượng do lưới điện quốc gia cung cấp phải qua máy biến áp,
máy biến áp thường có điện áp ra là 380/220V, máy biến áp này phải có đủ
dung lượng để cung cấp cho các thiết bị thông tin hoạt động và các yêu cầu sử
dụng khác.
- Phụ tải là trạm Viễn thông đòi hỏi không được phép mất điện cho nên
phải đặt 2 máy biến áp với công suất được tính toán theo công thức:

Stt
SdmB ³
1, 4
Trong đó:
SdmB – công suất định mức của máy biến áp, nhà chế tạo cho
Stt – công suất tính toán, là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải mà
người thiết kế cần tính toán xác định nhằm lựa chọn máy biến áp và các thiết
bị điện khác
1,4 – hệ số quá tải
Cần lưu ý rằng hệ số quá tải có trị số phụ thuộc vào thời gian quá tải. Lấy
hệ số quá tải 1,4 chỉ đúng trong trường hợp trạm đặt hai máy bị sự cố một

máy, máy còn lại cho phép quá tải trong thời gian 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày quá
tải không quá 6 giờ và hệ số trước tải khi quá tải không quá 0,75. Nếu không
thảo mãn các điều kiện trên thì phải tra đồ thị để xác định hệ số quá tải cho
phép hoặc không cho máy biến áp quá tải.
Các công thức trên chỉ đúng với máy biến áp sản xuất nội địa biến áp đã
được nhiệt đới hoá. Nếu dùng máy ngoại nhập phải đưa vào công thức hệ số
hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường giữa nhiệt độ
môi trường chế tạo máy và môi trường sử dụng máy:

11


K hc = 1-

t1 - t0
100

Trong đó
t1 – nhiệt độ môi trường sử dụng, 0C
t0 – nhiệt độ môi trường chế tạo, 0C
Ngoài số lượng và công suất, khi chọn dùng máy biến áp cần quan tâm đến
các thông số kỹ thuật khác như: biến áp dàu hay biến áp khô, làm mát tự nhiên
hay nhân tạo, một pha hay 3 pha, ba cuộn day hay tự ngẫu, điều chỉnh điện áp
thường hay điện áp dưới tải v.v..
Trong lựa chọn máy biến áp thì việc xác định đúng công suất tính toán của
phụ tải là quan trọng nhất và cũng là khó khăn nhất. Khó khăn chính là ở chỗ
điện bao giờ cũng phải có trước, trạm biến áp bao giờ cũng phải xây dựng
trong thời gian xây dựng cơ sở hạ tầng(điện, nước, đường xá) khi mà còn chưa
xấy dựng hoặc đang xây dựng công trình, chưa thể biết thật chính xác mức
tiêu thụ điện của phụ tải. Căn cứ vào thông tin thu nhận được của thời điểm

thiết kế để xác định phụ tải tính toán nhằm chọn được công suất của máy biến
áp phù hợp.
3.2.Lựa chọn máy phát điện
Máy phát điện cũng phải có điện áp cùng cấp với điện áp của máy biến
áp, nghĩa là cũng có điện áp phát ra là 380/220V, ngoài ra máy phát điện cũng
phải có đủ công suất cung cấp cho các thiết bị thông tin và một phần cho các
nhu cầu sử dụng khác, nhưng cần phải tính toán cấn thận, tránh công suất quá
lớn gây lãng phí vốn đầu tư.

- Nhằm tăng tuổi thọ và độ bền cho máy phát điện, nên chọn mua máy
phát điện có công suất cao hơn công suất tiêu thụ thực tế từ 10% đến 25%.
- Khi lựa chọn máy phát điện, nên chú ý lựa chọn sản phẩm có giấy bảo hành
12


và nguồn gốc xuất xứ rõ ràng. - Khi vận hành, máy phát điện phải được đặt ở
vị trí thoáng, không ẩm ướt.
- Khi lắp đặt máy, nên nối các thiết bị cần sử dụng trực tiếp với nguồn
điện của máy phát. Vì như vậy, có thể hạn chế được lượng tải sử dụng không
vượt quá công suất của máy, tránh hiện tượng bị quá tải dẫn đến cháy đầu phát
điện. Đồng thời, nhất thiết phải lắp thêm cầu dao đảo nguồn điện hay tủ
chuyển nguồn tự động (ATS), tránh cho máy bị "xông điện" khi điện lưới có
trở lại đột ngột.
- Nên chọn mua máy có thời gian hoạt động liên tục dài, vì thời gian cúp điện
ở nước ta thông thường từ vài giờ đến nửa ngày.
3.3.Ác quy
3.3.1. khái niệm
Ác quy có khả năng hai chiều(biến điện năng thành hoá năng rồi biến hoá
năng thành điện năng) và có thể thực hiện nhiều chu kỳ biến đổi như vậy gọi
là chu kỳ nạp điện, phóng điện của các ác quy nên được sử dụng lâu dài.

Lúc đầu, ác quy được đấu vào nguồn một chiều để biến đổi điện năng
thành hoá năng (quá trình tích điện), sau đó ác quy trở thành nguồn điện có
khả năng cung cấp điện năng cho tải(quá trình phóng điện).
Ác quy là nguồn điện hoá học có tính chất thuận nghịch, vừa là nguồn
điện(khi phóng điện) vừa là thiết bị dùng điện (khi nạp điện).
3.3.2.Cấu tạo
Về cơ bản ác quy gồm: vỏ, bản cực và dung dịch điện phân (hình 2.1)
- Vỏ ác quy làm nhiệm vụ chứa
các cực bản, các tấm phân cách và
lưới bảo vệ. Vỏ ác quy thường làm
bằng nhựa cứng polivinin hay
polietylen. Vỏ thường có dạng hình
13


hộp chữ nhật hoặc hình vuông được chia làm nhiều ngăn tuỳ theo yêu cầu mức
điện áp sử dụng, thường là 3 ngăn hoặc 6 ngăn, dưới đáy ngăn có các gờ nhỏ
để đỡ các tấm cực đồng thời tạo nên các rãnh để chứa các bột chì từ các bản
cực rơi xuống trong quá trình làm việc tránh gây ngắn mạch các bản cực. Phía
trên các ngăn có nắp đậy, mỗi nắp có lỗ rót dung dịch và có nút xoáy.
- Bản cực: bản cực của ác quy axit là những tấm khung xương chì hình
lưới, đó là hợp kim chì 94% và antimon 6% để tăng độ cứng của khung mắt
lưới. Khung xương chì làm bản cực dương dày hơn khung xương chì làm bản
cực âm. Bản cực dương được bột oxit chì PbO2 (có màu nâu) còn bản cực âm
được bao phủ bột chì Pb (có màu xám).
Để tăng dung lượng ác quy, người ta dùng nhiều bản cực cùng loại đấu
chung thành một nhóm để tạo thành nhóm bản cực dương và nhóm bản cực
âm, mỗi nhóm này đều đưa ra một cực chung và được đưa ra một cực chung
và được đánh dấu (+) và cực (-) của ác quy. Các bản cực được cài xen kẽ
nhau, giữa chúng có tấm cách điện xốp và tất cả được đặt chắc chắn trong vỏ

có chứa dung dịch điện phân.
- Dung dịch điện phân có nhiệm vụ cùng với các bản cực tạo nên các
phản ứng hoá học để thực hiện chuyền hoá năng lương từ điện năng thành hoá
năng (khi ác quy nạp điện)và từ hoá năng thành điện năng (khi ác quy phóng
điện ). Dung dịch điện phân là axit sulfuaric H2SO4 pha với nước cất có tỉ
trọng 1,18g/cm3 đến 1,26g/cm3.
3.3.3.Nguyên lý làm việc.
- Quá trình phóng điện:
Khi nối 2 cực của ác quy đã nạp no với
phụ tải thì ác quy sẽ cho dòng điện qua
phụ tải gọi là ác quy phóng điện(hình
2.2). ở mạch ngoài, dòng điện sẽ đi từ
cực dương qua tải sang cực âm còn trong
dung dịch, SO42-trong dung dịch sẽ dịch
chuyển về phía cực âm tác dụng với Pb
14


để tạo thành PbSO4 giải phóng ra điện tử, còn H+ trong dung dịch sẽ chuyển về
phía cực dương tác dụng với PbO2 nhận thêm điện tử tạo thành PbSO4.
Ta có phương trình phản ứng hoá học như sau:
+ ở cực âm:
Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2
+ Tại cực dương:
2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2
+ Phản ứng chung gộp lại trong toàn bình là:
Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
Từ phương trình, ta thấy khi phóng điện cả 2 cực dương và âm đều thành chì
sulfat PbSO4 còn dung dịch chuyển hoá dần thành nước. Điều này sẽ làm cho
sức điện động của ác quy bị giảm dần.

- Quá trình nạp điện:
Khi ác quy hết điện, để phục hồi sức điện động và dung lượng của ác
quy thì phải nạp điện cho ác quy bằng cách nối các cực của ác quy với cực
cùng tên của nguồn một chiều (hình 2.3).
Khi đó sẽ xuất hiện dòng điện nạp
(in) đi từ cực (+) máy nạp đến cực (+) ác
quy về cực (-) của ác quy đến cực (-) máy
nạp. Lúc này ion dương H+ đi theo chiều
dòng điện về cực (-) của ác quy, còn SO4- đi
ngược chiều dòng điện về cực (+) của ác
quy.
Trước khi nạp điện cả 2 cực đều là
chì sulfat, khi nạp điện thì cực dương trở thành chì đioxit, cực âm trở thành
chì nguyên chất nồng độ dung dịch tăng và trong ác quy hình thành sức điện
động. Cuối quá trình nạp, sức điện động của ác quy có thể lên đến 2,6V đến
2,7V, đồng thời có bọt khí thoát ra (hiện tượng ác quy sôi) lúc này ta cần kết
thúc quá trình nạp, nếu tiếp tục nạp thì dòng điện chỉ có tác dụng phân tích
thành H2 và O2 bay hơi, hao tổn năng lượng và giảm tuổi thọ của ác quy.

15


3.4.Các đại lượng đặc trưng của ác quy
3.4.1.Dung lượng
Dung lượng của bình ác quy (Q) thường được tính bằng ampe giờ (AH).
AH là tích số giữa dòng điện giữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện.
Dung lượng này thay đổi tuỳ theo nhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt
độ chất điện phân, tỉ trọng của dung dịch, và điện thế cuối cùng sau khi phóng.
3.4.2.Sức điện động
Sức điện động của nguồn điện một chiều là điện áp đo được giữa 2 đầu của

ác quy khi hở mạch. Đơn vị của sức điện động là Vol.
Ví dụ: ta có bộ nguồn đấu ghép 4 bình ác quy loại 12V, mà ta đo được điện
áp giữa 2 đầu cực của bộ nguồn là 48 Vol thì sức điện động của bộ nguồn là
E=48V
3.4.3.Dòng phóng định mức
Dòng phóng định mức là dòng điện phóng của ác quy qua tải có giá trị
bằng một phần mười dung lượng của ác quy.

3.4.4.Công suất
Là đại lượng được xác định bằng tích của sức điện động của ác quy với
dòng điện đó.
Trong đó: P là công suất của ác quy
E là sức điện động của ác quy
I là dòng điện một chiều chảy qua ác quy
3.4.5.Các chướng ngại của ác quy axit
- Các ác quy axit thường có khối lượng nặng do bản cưc được làm bằng
chì. Ngoài ra nếu để phóng tới mức dưới điện áp cuối quá sau hoặc không sử
16


dụng trong một thời gian dài sẽ làm cho các bản cực bị sulfat hoá sâu dẫn đến
dung lượng ác quy bị giảm và việc phục hồi dung lượng là khó khăn. (giá trị
điện áp cuối là 1,7V)
- Khi ác quy đã được nạp điện no, nếu ta vẫn tiếp tục nạp thì dung dịch
điện phân sẽ sôi mãnh liệt, điều này làm cho các bản cực bị cong vênh hoặc
chất hữu hiệu trên các bản cực sẽ bị rơi rụng xuống. Đây cũng là một nguyên
nhân dẫn đến giảm dung lượng của ác quy.
3.4.6. Bảo dưỡng ắc quy axít
•
•

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Để thực hiện nội dung này, cần chuẩn bị cóc thiết bị, vật tư sau:
Ác quy Axit loại 12V/135Ah 1 bình 0
Máy nạp ắc quy loại ôOV DC có điều chính 1 máy công suất 1000W
Đồng hồ vạn năng 1 cái 0
Kim vạn năng và cờ lê 10/12 1 bộ
Dây cáp cấp nguồn DC 5m
Axit H2S04 đậm đặc tỷ trọng 1,83g/cm3 51
Nước cất nguyên chất 20 lit .
Bô mê kế 2 cái .
Nhiệt kế 1 cái
Ca thùy tỉnh hoặc ca nhựa khoảng 1,51 2 cái
Phẫu thủy tinh 1 cái
Gió lau 3 cái
Dụng cụ bảo hộ (Kính, khẩu trang, quần áo bảo hộ, áo bạt, ủng, găng

tay cao su, mũ bảo hộ).
3.4.7. Sử dụng ắc quy
Trong quá trình sư dụng ắc quy phải tuân theo các quy định sau: - Khi

phóng điện: + Ác quy phải được nạp đủ điện trước khi dùng.
+ Không nên để ắc quy phóng với dòng quá nhỏ kéo dài.
+ Không nên cho ắc quy phóng với dòng quá lớn, trường hợp cần thiết như
khới động máy thì môi lân chi nên phóng trong vòng 3 đến 5 giây và môi lân
phóng cách nhau 30 giây.
+ Không cho ắc quy phóng dưới điện áp cuối quá sâu. - Sử dụng ắc quy khí
nạp điện;
17


` + Cho dù ắc quy phóng trong trường họp nào thimỗi tháng phải được nạp
thường một lân đê ắc quy khỏi bị sulfat hóa và cứ 6 tháng một lân phải cho ắc
quy phóng một lân với suất phóng 10 giờ. + Khi đầu nối tiếp các ắc quy phải
đảm báo cùng dung lượng
+ Khi đấu song song các ắc quy phải đảm báo cùng dung lượng, cũng điện
áp
+ Khi đấu hỗn hợp thì phải đảm bảo các nhánh có cùng dung lượng,cùng
điện áp
+ Không được thường xuyên nạp điện quá mức cho ắc quy vì dung dịch sủi
bọt nhiều sẽ làm rơi rụng chất hữu hiệu, làm giảm dung lượng và tuôi thọ của
ắc quy.
3.4.8. Nạp điện
Quá trình nạp điện cho ắc quy có ảnh hưởng rất nhiều đến tuổi thọ của ắc
quy. Tùy theo mục đích yêu cầu mà người ta chia ra làm nhiều chế độ nạp
điện khác nhau.
* Nạp điện lần đầu:
Chi tiến hành đối với ắc quy axit với mục đích để phân cực cho ác quy và
nạp dung lượng đầu tiên cho ắc quy, tuổi thọ và chất lượng của ắc quy phụ
thuộc rất nhiều vào chất lượng nạp lần đầu, quá trình nạp lần đầu được thục
hiện như sau:

- Ác quy mới mua về cằn bóc bớ tấm băng dính bảo vệ, sau đó dùng phễu
thúy tỉnh và ca nhục đồ điện dịch vào ắc quy, điện dịch phải đảm báo tỷ trong
trong khoảng 1,20 đến 1,25 g/cm3 tùy theo loại ắc quy cố định hay di động.
Mức điện dịch phải cao hơn các tấm cục bản là 1,5 đến 2 cm. Sau đó để yên
tĩnh trong khoảng 3 đến 4 giờ để chất điện dịch ngấm sâu vào trong các cực
bản, lúc này tỷ trọng điện dịch có thế giảm xuống, đó là hiện tượng bình
thường không cần điếu chính. Sau đó, ta thực hiện nạp điện như sau:
- Bước 1: Đấu ắc quy với máy nạp chắc chắn, dùng cực tỉnh rồi cấp nguồn
phù họp cho máy nạp.
- Bước 2: Điều chỉnh dòng điện nạp theo chỉ dẫn của nhà chế tạo hoặc có
thế điếu chính bằng 7% dung lượng định mức của ắc quy (In= 7%Q).
18


Thời gian nạp phải kéo dài khoảng 16 đến 18 giờ liên tục Trong quá trình
nạp, nếu thấy dung dịch bị cạn thì bổ sung nước cất, nếu nhiệt độ dung dịch
tăng tới 40U C thì ta có thế giảm dòng nạp đi mọt nứa, đồng thời làm mát cho
ắc quy cho tới khi nào nhiệt độ dung dịch giảm xuông, ta lại tăng dòng điện
nạp lên.
* Nạp điện thường (nạp định kỳ):
Nạp điện thường để phuc hồi đủ dung lượng cho ắc quy, thường được áp
dụng trong một sô trường hợp như: ắc quy sau khi đã phóng hết dung lượng
quy định (thường là 75% dung lương định mức), ăc quy phóng không liên tục
khoảng một tuần, hoặc ăc quy không sử dụng trong vòng một tháng Khi đó,
quy trình nạp thực hiện như sau:
- Bước 1: Kiểm tra và điều chỉnh mức dung dịch điện phân, nếu cần bổ
sung thì phải dùng nước cât.
- Bước 2: Đầu ắc quy với máy nạp chắc chắn, dùng cực tỉnh rồi cấp nguồn
phù hợp cho máy nạp.
- Bước 3: Điều chỉnh dòng điện nạp theo chi dẫn của nhà chế tạo hoặc có

thể điều chính hàng 10% dung lượng định mức của ắc quy (In =10%Q). Quá
trình này cũng phải thực hiện liên tục.
Khi nào thấy dung dịch điện phân trong các ngăn sôi đều thì cứ khoảng 20
đến 30 phút thì tiến hành đo kiểm tra tỷ trọng của dung dịch và điện áp của ắc
quy mọt lần. Nếu qua 2 đến 3 lần do mà thấy tỷ trọng của dung dịch điện phân
ổn định, điện áp trên mỗi ngăn đạt 2,6V đến 2,7V thì chứng tỏ ắc quy đã no và
dừng quá trình nạp.
* Nạp quá mức:
Đây là hình thức kéo dài thời gian nạp, trong quá trình nạp không được để
dòng nạp quá lớn, điện áp không được quá cao. Hình thức này thường được áp
dụng trong một số trường hợp sau: Ác quy phóng dưới mức điện áp cuối, ắc
quy đã phóng hết dung lượng và có thời gian để quá lâu chưa nạp lại, ắc quy
thường xuyên phóng với dòng lớn quá mức.
Quy trình này được chia thành hai giai đoạn và có hai cách thực hiện.
- Cách 1:
+ Giai đoạn đầu: Thực hiện như chế độ nạp điện thường.
19


+ Giai đoạn sau: Khi kết thúc nạp thường, vẫn tiếp tục nạp cho ắc quy
nhưng lúc này phải giảm dòng nạp đi một nữa và duy trì trong khoảng 2 đến 4
giờ.
- Cách 2:
+ Giai đoạn đầu: Nạp điện như chế độ nạp thường.
+ Giai đoạn sau. Khi kết thúc nạp thường thì dừng nạp 1 giờ, sau đó lại
nạp 1 giờ với dòng nạp In =Q/10 cho đến khi dung dịch sủi đầu lại dừng nạp 1
giờ. Sau đó lại tiếp tục nạp như trên, cứ tiếp tục như thế 3 đến 4 lần cho đến
lúc hễ cứ nạp là dung dịch lại sôi thì được. Kiểm tra tỷ trong dung dịch, điện
ap và mức mức dịch lại lần nữa trước khi ngừng nạp rồi sau đó tháo ắc quy ra.
3.4.8. Đấu nối ắc quy

Để thực hiện nội dung này, cần chuẩn bị cóc thiết bị, vật tư sau:
•
•
•
•
•

Ác quy Axit loại 12V/135Ah 8 bình
Đồng hồ vạn năng 2 cái
Kim vạn năng và cờ lê 10/12 2 bộ
Dây đấu nối 2x4 5m
Giẻ lau 3 cái

Để tạo ra bộ nguồn có điện áp và dung lượng (dòng điện phỏng) theo
yêu cầu cần phải đấu nối các bình ắc quy với nhau. Có ba phương pháp đấu
nôi: nối tiếp, song song và hỗn hợp. Việc đầu nối được tiến hành theo các
bước sau:
- Bước 1: Chuẩn bị
Từ yêu cầu thực tế và thông số của bình ắc quy, đưa ra được phương
pháp đấu nối và tỉnh sô lượng bình ăc quy cân sư dụng.
Chuẩn bị đủ số lượng ắc quy cần đầu nối, cầu nối, dây đầu nguồn, đồng
hồ vol kế một chiêu DC, cờ lê và kim vạn năng.
- Bước 2: Thực hiện đấu nối
• Đầu nối tiếp:
Mục đích để tạo ra bộ nguồn có điện áp lớn hơn điện áp trên các ắc quy
thành phần.
Phương pháp thực hiện:
20

+ Xếp đặt ắc quy lên giá theo mục đích đầu nối.
+ Dùng cầu nối cực (-) cùa ắc quy này với cực (+) của ắc quy kia hoặc
ngược lại.Cứ như vậy đến ắc quy cuối cùng, hai cực còn lại trên ác quy đầu
tiên và ắc quy cuối cùng là hai cực của bộ nguôn (Hình 2.4).

Điều kiện đầu nối tiếp là các ắc quy phải cùng dung lượng:
Q1=Q2=Q3=..=Qn
Công thức tính toàn khi nối tiếp:
Điện áp tổng của bộ nguồn: UΣ = U1 + U2 + U3 +...+ Un=

= nUi

Dung lượng của bộ nguồn: QΣ = Q1 = Q2= Q3=...= Qn= Qi
Dòng điện phóng định mức của bộ nguồn: IpΣ = QΣ/10
Nội trở trong của bộ nguôn: R0= r01+r02 + r0n =
Trong đó: n là số bình ắc quy mắc nối tiếp.
• Đấu song song:
Mục đích tạo nên bộ nguồn có dung lượng phóng lớn hơn ắc quy thành
phần.
Phương pháp thực hiện:
+ Xếp đặt ắc quy lên giá theo mục đích đầu nối.

21


+ Dùng cầu nối: Nối chung cực âm (-) của tất cả ắc quy với với nhau, cực
dương (+) của các ắc quy với nhau (Hình 2.6). Cực âm chung và dương chung
chính là hai cực của bộ nguôn.
Điều kiện đầu song là các ắc quy phải có cùng điện áp và cùng dung
lượng:

U1 = U2 = U3=…=Um
Q1 = Q2 = Q3=…=Qm
Công thức tính toán:
Điện áp bộ nguồn:
UΣ = U n1 = Un2 = Un3 =....= Unm = U1 + U2 + U3+…+Un
Dung lượng của bộ nguồn:
QΣ = Qn1 + Qn2 + Qn3+...+ Qnm= Q1 + Q2 + Q3+...+ Qm
Dòng điện phóng của bộ nguồn: IΣ= QΣ/10
Nội trở trong của bộ nguồn: R0 =

=

=

=...=

=

Trong đó: m số nhánh song song của bộ nguồn.
• Đấu hỗn hợp:
Mục đích là tạo ra bộ nguồn có điện áp và dung lượng lớn hơn điện áp và
dung lượng của ăc quy thành phân.
Phương pháp thực hiện:
- Đấu nối tiếp ắc quy thành từng nhánh có điện áp theo yêu cầu.
- Đấu song song các nhánh đó lại thành để có dung lượng theo yêu cầu
(Hình2.8).
Số ắc quy mắc nối tiếp trên một nhánh là n và số nhảnh đấu song song là
m.
Điều kiện là các ắc quy phải có cùng điện áp và cùng dung lượng:
U1 = U2 = U3=…=Un

Q1 = Q2 = Q3=…=Qn
Công thức tính toán:
Điện áp bộ nguồn:
UΣ = U n1 = Un2 = Un3 =....= Unm = U1 + U2 + U3+…+Un=
Dung lượng cùa bộ nguồn:
QΣ = Qn1 + Qn2 + Qn3+...+ Qnm= Q1 + Q2 + Q3+...+ Qm
Dòng điện phóng định mức của bộ nguồn: IΣ= QΣ/10

22

= nUi=Uni


Nội trở trong của bộ nguồn: R0 =
Trong đó:
Uni là điện áp trên nhánh thứ i.
Qnj là dung lượng trên nhánh thứ j.
r0 là điện trở trong của ác quy.
- Bước 3: Nối tái
Đấu nối các cực của ắc quy với các
cực
cùng tên của tải phù hợp. Đảm báo
tiếp xúc tại các vị trí chắc chắn.

- Bước 4: nhận xét
Sau mỗi phương pháp đấu nối tiếp, tiến hành kiểm tra:
+ Đo điện áp của từng ác quy.
+ Đo điện áp của từng nhánh.
23

+ Đo điện áp của bộ nguồn.
+ Đo dòng phóng của từng nhánh.
+ Đo dòng phóng của bộ nguồn.
+ kết luận.
3.5.Pin mặt trời
3.5.1.Cấu tạo
Về cơ bản có thể nói pin mặt trời được cấu tạo bởi 3 thành phần sau (Hình
2.10): mặt ghép bán dẫn p-n, điện cực và lớp chống phản xạ.

- Mặt ghép bán dẫn p-n: sử dụng tinh thể Silic (Si), đây là thành phần
chính của pin thường có điện tích bề mặt rộng và có lớp n cực mỏng để ánh
sáng có thể chuyền qua tới mặt tiếp giáp.
- Điện cực: để dẫn điện ra phụ tải thì trên mỗi mặt ghép p-n phải có các
điện cực. Vật liệu làm điện cực phải vừa dẫn điện tốt vừa có độ bám dính tốt
vào chất bán dẫn, bởi thế, điện cực thường được chế tạo gồm 3 lớp: Titan (Ti),
Paladi (Pe) và bạc (Ag).
+ Lớp Titan: là lớp trong cùng, tiếp xúc trực tiếp với chất bán dẫn vì Titan
bán dính tốt với Si.
+ Lớp bạc: là lớp ở vị trí ngoài cùng có tính dẫn điện tốt để hàn nối.
+ Lớp Paladi: là lớp ở giữa của điện cực có tác dụng ngăn cách lớp Titan
và lớp bạc, vì nếu hai lớp này tiếp xúc trực tiếp thì chúng sẽ phản ứng hoá học
với nhau gây hỏng điện cực.
24


Để tạo sự liên kết tốt giữa các lớp của điện cực thì sau khi chế tạo, người
ta thường phải ủ trong nhiệt độ từ 500oC đến 600oC. Ngoài ra đối với điện cực
ở mặt trên của pin cần phải đảm bảo hài hoà giữa vấn đề che sáng và điện trở
của điện cực. Thông thường điện cực đó được tạo dưới dạng mắt lưới có độ

che không quá 10% diện tích mặt pin.
- Lớp chống phản xạ: trong quá trình làm việc, nếu sự phản xạ của ánh
sáng càng nhiều sẽ làm cho hiều suất của pin càng giảm. Vì vậy, để chống
phản xạ cho pin thì phải phủ một hoặc hai lớp SiO2 hay TiO2 ở ngoài pin.
Do sức điện động của pin mặt trời nhỏ (khoảng 0,5V) nên khi chế tạo phải
đấu nới nhiều pin với nhau thành dạng tấm (còn gọi là modul pin mặt trời). Vì
pin phải làm việc ngoài trời nên để bảo vệ và tăng tuổi thọ của pin thì mặt trên
của pin phải được phủ một lớp chất dẻo trong suốt, thường là: Polyvinyl
butirat (PVB) hoặc Etylen Vinyl axetat (EVA) và trên cùng là tấm thuỷ tinh.
3.5.2.Nguyên lý hoạt động
Để phân tích nguyên lý làm việc của pin mặt trời, phải xét trên sơ đồ
nguyên lý (Hình 2.11). Như đã biết, khi cho hai chất bán dẫn p và n tiếp xúc
với nha thì điện tử từ bán dẫn n sẽ khuếch tán sang bán dẫn p, còn lỗ tróng của
bán dẫn p sẽ khuếch tán một cách tương đối sang bán dẫn n. Kết quả là ở miền
tiếp giáp của bán dẫn n tích điện dương còn miền tiếp giáp của bán dẫn p tích
điện âm. Trong miền tiếp giáp hình thành một điện trường (gọi là điện trường
tiếp xúc - Etx) và do đó có một điện áp tiếp giáp (còn gọi là điện áp tiếp xúc Utx). Lúc dầu, điện trường tiếp giáp tăng nhanh, nhưng khi đủ lớn sẽ ngăn cản
sự khuếch tán của các điện tử và lỗ trống qua miền tiếp giáp (trạng thái cân
bằng động).

25