đồ án thiết kế bộ nạp cho acquy

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................2
CHƯƠNG I...................................................................................................................1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY...........................................................................1
1.3.1. Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy chì (ắc quy axit):.........................3
CHƯƠNG II...............................................................................................................12
CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN MẠCH LỰC.......................................................12
CHƯƠNG III..............................................................................................................23
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC.....................................................................23
CHƯƠNG IV..............................................................................................................35
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.............................................................................35
4.3.1. Tính toán khâu đồng pha..................................................................................36
4.3.2. Khâu điện áp răng cưa......................................................................................41
4.3.3. Khâu so sánh.....................................................................................................43
4.3.4. Khâu tạo xung chùm.........................................................................................44
4.3.5. Cổng AND........................................................................................................46
4.3.6. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung...........................................................47
4.3.7. Khối nguồn.......................................................................................................51
4.3.8. Chọn linh kiện bán dẫn.....................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................55

1


LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa và hội nhập với
thế giới nên được tiếp cận với khoa học kỹ thuật hiện đại. Ngành công nghiệp được
tập trung phát triển vì thế các lĩnh vực khoa học được ứng dụng vào công nghiệp
cũng phát triển trong đó có ngành công nghiệp điện tử, các mạch điều khiển người
ta thường dùng kỹ thuật số với các chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt và
dễ dàng thay đổi được cấu trúc tham số hoặc các luật điều khiển. Nó làm tang tốc

độ tác động nhanh và có độ chính xác cao cho hệ thống. Như vậy, nó làm chuẩn hóa
các hệ thống truyền động điện và các bộ điều khiển tự động hiện đại và có những
đặc tính làm việc khác nhau.
Trong ứng dụng đó thì việc áp dụng vào mạch nạp acquy tự động đang được sử
dụng rộng rãi và có những đặc tính ưu việt. Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạo
acquy và nguồn nạp là hết sức cần thiết nó ảnh hưởng lớn đến dung lượng và độ bền
của acquy.
Với đề tài “ Tìm hiểu và thiết kế bộ nạp điện cho acquy” nhóm sẽ được tìm hiểu
thêm nhiều kiến thức.
Nhóm chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Duy Minh và các bạn đã giúp đỡ nhóm
trong quá trình làm đồ án.
Chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2015.

2


3


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH
CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY
I. Khái quát ắc quy
I.1.1. Khái niệm
Ắc quy là nguồn điện hóa hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khác
nhau, nó cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện dùng trong công

nghiệp cũng như trong dân dụng. Ắc quy là nguồn cung cấp cho các động cơ khởi
động.
I.1.2. Phân loại
Có rất nhiều loại ắc quy khác nhau, được sản xuất tùy thuộc vào điều kiện yêu
cầu cụ thể của từng loại máy móc, dụng cụ, điều kiện làm việc cũng như những tính
năng kinh tế kỹ thuật của ắc quy, có thể liệt kê những loại ắc quy sau:
•
•
•
•

Ắc quy chì (ắc quy axit)
Ắc quy kiềm
Ắc quy không lamen và ắc quy kiềm
ắc quy kẽm-bạc

Tuy nhiên trong thức tế ắc quy chì (ắc quy axit) và ắc quy kiềm được sử dụng
rộng rãi hơn.
I.1.3. Đặc điểm của ắc quy
Ắc quy là một nguồn điện hóa, sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào vật liệu
cấu tạo bản cực và chất điện phân, với ắc quy chì sức điện động danh định của một
ắc quy đơn là 2,1 V.
Muốn tăng khả năng dự trữ năng lượng của ắc quy người ta tăng số lượng cặp
bản cực dương âm trong mỗi ắc quy đơn.
Để tăng giá trị sức điện động của nguồn người ta ghép nố nhiều ắc quy đơn
thành một bình ắc quy.
II.Cấu tạo của ắc quy
1

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Cấu trúc của một ắc quy 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 quy 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 có pha thêm 5 ÷ 8% awntimoang (Sb) và tạo hình
mắt lưới. Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc.

Hình 1.1:Cấu tạo bản cự của ắc quy.
1: Vấu bản cực, 2: Chất tác dụng, 3: Cốt bản cực
Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu
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 hóa học của các bản cực cũng được tăng thêm.
Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc quy 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 cực trong mỗi ắc quy thường từ 5 ÷ 8 tấm,
bề dày tấm bản cực dương của ắc quy thường từ 1,3 ÷ 1,5 mm, bề dày tấm bản cực
âm thường mỏng hơn 0,2 ÷ 0,3 mm. Số bản cực âm trong ắc quy thường nhiều hơn
2


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

số bản cực dương một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gian 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
polyvinyclo bề dày 0,8 ÷ 1,2 mm và có dạng lượn sóng, trên bề mặt tấm ngăn có
các lỗ cho phép dung dịch điện phân thông qua.
III. Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy
Ắc quy là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng
dưới dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng.
Quá trình ắc quy cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện.
Quá trình ắc quy dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện.
Phản ứng hóa học biểu diễn quá trình chuyển hóa năng lượng.
1.3.1. Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy chì (ắc quy axit):
Trong ắc quy axit có các bản cực dương là chì ddioxxit (PbO 2), các bản âm là
chì (Pb), dung dịch điện phân là axit sunfuaric (H2SO4) nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3%
( - ) Pb

| H2SO4 d = 1,1 ÷ 1,3 |

PbO2 ( + )

Phương trình hóa học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc quy chì (axit):
Phóng

PbO2 + 2H2SO4 + Pb

2PbSO4 + 2H2O
Nạp

Thế điện đồng e = 2,1 V.
Khi nạp nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử “e” chuyển động từ

các bản cực âm đến các bản cực dương. Đó là dòng điện nạp In.
Khi phóng điện dưới tác động của sức điện động riêng của ắc quy các điện tử sẽ
chuyển động theo hướng ngược lại từ dương đến âm và tạo thành dòng điện phóng.
Khi ắc quy nạp no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO 2 còn ở các bản
cực âm là chì xốp Pb, khi phóng điện các chất tác dụng ở hai bản cực đều trở thành
sunfat chì PbSO4 có dạng tinh thể nhỏ.
3


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Nhận xét: Khi phóng điện axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat còn nước
bị phân hóa ra, do đó nồng độ của dung dịch giảm đi. Khi nạp điện thì ngược lại
nhờ hấp thụ nước và tái sinh ra axit sunfuric nên nồng độ của dung dịch tăng lên. Sự
thay đổi nồng độ của dung dịch điện phân khi phóng và nạp là một trong những dấu
hiệu để xác minh mức điện của ắc quy trong khi sử dụng.
1.3.2. Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy kiềm:
Trong ắc quy 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 hóa học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc quy kiềm :
Phóng

Fe + 2Ni(OH)3Fe(OH)3 + 2Ni(OH)2
Nạp

Thế điện động e = 1,4 V.
Nhận xét:Trong quá trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân thay đổi. Khi
ắc quy phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc quy nạp điện
nồng độ dung dịch điện phân tăng dần. Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung
dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện ắc quy.
IV. Các thông số cơ bản của ắc quy
1.4.1. Sức điện động của ắc quy
Sức điện động của ắc quy kiềm và ắc quy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch
điện phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm :
E0 = 0,85 + γ (V)
Trong đó :
E0 – Sức điện động tĩnh của ắc quy (V).
γ – Nồng độ dung dịch điện phân ở 15 oC (g/cm3).
Ngoài ra suất điện động còn phụ thuộc vào nhiệt độ trong dung dịch.
4


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

• Trong quá trình phóng điện thì sức điện động E p của ắc quy được tính
theo công thức:
Ep = Up + Ip.raq
Trong đó:
Ep – Sức điện động của ắc quy khi phóng điện (V).
Ip – Dòng điện phóng (A).

Up – Điện áp đo trên các cực của ắc quy khi phóng điện (V).
raq – Điện trở trong của ắc quy khi phóng điện (Ω).
• Trong quá trình nạp điện thì sức điện động E n của ắc quy được tính theo
công thức:
En = Un – In.raq
Trong đó:
En – Sức điện động của ắc quy khi nạp điện (V).
In – Dòng điện nạp (A).
raq – Điện trở trong của ắc quy khi nạp điện (Ω).
1.4.2. Dung lượng của ắc quy
• Dung lượng phóng của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp
năng lượng điện của ắc quy cho phụ tải 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).

5


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

• Dung lượng nạp của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng
lượng của ắc quy được tính theo công thức:
Cn = In.tn
Trong đó:
Cn – Dung dịch thi được trong quá trình nạp (Ah).

In – Dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn (A).
tn – Thời gian nạp điện (h).
V. Đặc tính phóng nạp của ắc quy
1.5.1. Đặc tính phóng của ắc quy

Hình 1.2: 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.
Từ đặc tính phóng của ắc quy như hình 1.2ta có nhận xét:

6


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

• Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động, điện
áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên, trong khoảng thời
gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn
định hay thời gian cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc
quy (dòng điện phóng) của ắc quy.
• Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thì 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 chì sunfat (PbSO 4) tạo thành trong
phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hòa tan (biến đồi hóa học) trong quá
trình nạp điện trở lại cho ắc quy sau. Thời điểm t gh gọi là giới hạn phóng
điện cho phép của ắc quy, các giá trị E p, Up, γ tại tgh gọi là các giá trị giới
hạn phóng điện của ắc quy. Ắc quy không được phóng điện khi dung

lượng còn khoảng 80%.
• Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện
động, điện áp của ắc quy, 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).
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.

Hình 1.3 Đặc tính nạp của ắc quy.
7


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau:
• Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thì sức điện động, điện áp,
nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.
• Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn
gọi là hiện tường “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 dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực
được biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng
điện của ắc quy.
• Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc quy kéo dài từ 2 ÷ 3 h trong suốt

thời gian đó hiệu điện thế các bản cực của ắc quy và nồng độ dung dịch
điện phân không thay đổi. Như vậy dung lượng thu được khi ắc quy
phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết đê nạp no ắc quy.
• Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc quy, nồng độ dung
dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng
nghỉ của ắc quy sau khi nạp.
• Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắc
quy. Dòng điện nạp định mức đối với ắc quy I n = 0,1C20.Trong đó: C20 là
dung lượng của ắc quy mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là I n =
0,1C20 thì sau 20h ắc quy sẽ đầy.
Ví dụ: ắc quy C = 200Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10%
dung lượng (tức In = 20A) thì sau 20h ắc quy sẽ đầy.
1.5.3. So sánh ắc quy kiềm và ắc quy axit
Cả hai loại ắc quy này đề có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc dung
kháng và sức phản điện động. Nhưng chúng có những điểm khác nhau và được
trình bày ở bảng dưới:

Ắc quy axit

Ắc quy kiềm

8


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

- Khả năng quá tải không cao, dòng

- Khả năng quá tải rất lớn, dòng nạp

nạp lớn nhất đạt được khi quá tải là

lớn nhất đạt được khi quá tải là

Inmax = 20%C10.

Inmax=50%C10.

- Hiện tượng phòng lớn, do đó ắc quy

- Hiện tượng tự phóng nhỏ.

nhanh hết điện ngay cả khi khôn sử
dung.
- Sử dụng rộng rãi trong đời sống,

- Sử dụng ở những nơi có yêu cầu

công nghiệp, ở những nơi có nhiệt độ

công suất lớn, quá tải thường xuyên,

cao va đập lớn nhưng đòi hỏi công suất

được sử dụng với các thiết bị công suất

và quá tải vừa phải.

lớn.

- Dùng trong xe máy, oto, các động cơ
máy nổ công suất vừa và nhỏ.

- Dùng phổ biến trong công nghiệp
hàng không, hàng hải và những nới
nhiệt độ môi trường thấp.

- Giá thành thấp.

- Giá thành cao.

VI. Các phương pháp nạp ắc quy tự động.
Có 3 phương pháp nạp ắc quy là:
• Phương pháp dòng điện.
• Phương pháp điện áp.
• Phương pháp dòng áp.
1.6.1. Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi.
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại
ắc quy, bảo đảm cho ắc quy được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng
bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho các ắc quy hoặc sửa chữa cho các ắc quy bị
sunfat hóa. Với phương pháp này ắc quy được mắc nối tiếp nhau và phải thỏa mãn
điền kiện:
Un≥ 2,7.Naq
Trong đó: Un – điện áp nạp, Naq – số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch.

9

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy tăng dần lên, để duy trì dòng 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:

R=

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 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 ÷ 0,5)C20 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc quy bắt
đầu sôi. Dòng nạp ở nấc thứ hai là 0,05C20.
1.6.2. Phương pháp nạp với điện áp không đổi.
Phương pháp này yêu cầu các ắc quy 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 ắc quy
đơn với độ chính xác đến 3%. 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 được nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp
nạp bổ xung cho ắc quy trong quá trình sử dụng.
1.6.3. 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 tài là nạp ắc quy tự động tức là trong quá trình nạp mọi
quá trình biến đổi và chuyển hóa được tự động diễn ra theo một quá trình tự đặt sẵn
thì ta chọn phương án nạp ắc quy là phương pháp dòng áp.
• Đối với ắc quy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì

trong khoảng thời gian tn = 16h tương đương với 75% ÷ 80% dung lượng
ắc quy ta nạp với dòng điện không đổi In = 01,C20. Vì theo đặc tính nạp
10


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

của ắc quy 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 16h ắc quy bắt đầu sôi lúc đố ta chuyển sang
nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 20h thì ắc quy bắt đầu no, ta
nạp bổ xung thêm 2h ÷ 3h.
• Đối với ắc quy kiểm: Trình tự nạp cũng giống như ắc quy axit nhưng do
khả năng quá tải của ắc quy kiểm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với
dòng nạp In = 0,1C20 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng
nạp In = 0,25C20.
Các quá trình nạp ắc quy 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 quy, lúc đó dòng nạp sẽ giảm về
không.
Kết luận:
• Vì ắc quy là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động
cho nên khi ắc quy đó mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện
trong ắc quy sẽ tự động dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi ắc
quy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải
tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc quy.
• Khi dung lượng của ắc quy dâng lên 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn
định dòng nạp thì ắc quy sẽ sôi và làm cạn nước. Do đó đến giai đoạn
này ta lại chuyển chế độ nạp ắc quy sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp

được giữ cho đến khi ắc quy đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực
của ắc quy bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về
không, kết thúc quá trình nạp.
• Tùy theo loại ắc quy mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau:
+ Ắc quy axit: - Dòng nạp ổn định In = 0,1C20.
- Dòng nạp cưỡng bức In = (0,3 ÷ 0,5)C20.
+ Ắc quy kiềm: - Dòng nạp ổn định In = 0,1C20.
- Dòng nạp cưỡng bức In = 0,25C20.
11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN MẠCH LỰC
I. Giới thiệu chung
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng
lượng dòng một chiều.
Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi trong thực tế.

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu.
Trong đó:
BA: biến áp, làm nhiệm vụ chuyển từ điện áp quy chuẩn của lưới điện xoay
chiều U1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu của tải và biến đổi số pha của nguồn
lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van.
MV: Mạch van, là các van bán dẫn được mắc với nhau theo kiểu nào đó để
có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu.
Lọc: Mạch lọc, nhằm bảo đảm cho điện áp hoặc dòng điện một chiều cấp cho

tải là bằng phẳng đúng yêu cầu.
Phân loại:
Theo số pha cấp cho mạch van: Một pha, hai pha, ba pha,…
Theo van bán dẫn: không điều khiển, có điều khiển và bán điều khiển.
Theo sơ đồ mắc van với nhau: sơ đồ ình tia và sơ đồ hình cầu.

12


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

II. Giới thiệu một số mạch lực
2.2.1. Mạch chỉnh lưu Tristor 2 nửa chu kỳ
2.2.1.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2 Sơ đồ mạch chỉnh lưu Tristor 2 nửa chu kỳ.
2.2.1.2. Dạng điện áp

Hình 2.3 Dạng điện áp khi ở chế độ dòng gián đoạn.

13


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Hình 2.4 Dạng điện áp khi ở chế độ dòng liên tục.

2.2.1.3. Nguyên lý hoạt động
• Từ α÷π: T1 thông Ut = U21, It = IT1.
• Từ π + α÷ 2π: T2 thông Ut = U22, It = IT2.
• Từ 2π ÷ 3π: T1 thông Ut = U21, It = IT1.
2.2.1.4. Các công thức cơ bản
Điện áp trên tải:
•

Chế độ dòng liên tục:Ud =

Chế độ dòng gián đoạn: Udα =

.U2.

- Uγ

14


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

•

Sụt áp do dòng trùng dẫn : Uγ=

•

Góc trùng dẫn γ xác định theo công thức:

•

Dòng điện trên tải : Id =

•

Dòng điện qua van: IT =

•
•
•
•
•

-

Điện áp ngược: Ungmax = 2,83U2
Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id
Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 1,11Id.Kba
Công suất tải: Pd = Ud.Id
Công suất máy biến áp: Sba = 1,48Pd

Nhận xét:
Mạch chinh lưu có điều khiển 1 pha 2 nửa chu kỳ có điểm trung tính có cấu tạo
đơn giản, dễ dàng đấu nối, ít kênh điểu khiển, điện áp và dòng liên tục trong suốt
quá trình làm việc. Mạch thường được sử dụng trong những mạch có công suất nhỏ
và vừa.
2.2.2. Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha.
2.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý

15


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Hình 2.5 Sơ đồ mạch chỉnh lưu có điều khiển hình cầu 1 pha.
2.2.2.2. Dạng điện áp

Hình 2.6 Dạng điện áp khi có trùng dẫn ở chỉnh lưu cầu 1 pha.
2.2.2.3. Nguyên lý hoạt động
• Từ α÷π: T1, T2 cùng dẫn, Ud = U’2, Id = IT1 = IT2.
• Từ π + α ÷ 2π: T3,T4 cùng dẫn, Ud = U’’2, Id = IT3 = IT4.
• Từ 2π + α ÷ 3π: T1,T2 cùng dẫn, Ud = U’2, Id = IT1 = IT2.
• Trong khoảng trùng dẫn γ cả 4 van đều dẫn dòng điện. Theo Hình 2.6, ta
thấy mạch tải bị ngắn mạch bởi 2 đường do các van cùng mở tạo thành
khi đó điện áp trên tải bằng 0.
2.2.2.4. Các công thức cơ bản
Điện áp trên tải:
•

Uγ

Udα =
16


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

•

Sụt áp do dòng trùng dẫn: Uγ =

•

Góc trùng dẫn γ xác định theo công thức:

•

Dòng điện trên tải: Id =

•

Dòng điện qua van: IT =

•
•
•
•
•

-

Điện áp ngược trên van: Ungmax = 1,41U2
Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 1,11Id
Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 1,11Id.Kba

Công suất tải: Pd = Ud.Id
Công suất máy biến áp: Sba = 1,23Pd

Nhận xét:
Mạch chỉnh lưu có điều khiển hình cầu 1 pha sử dụng nhiều kênh điều khiển
hơn, điện áp và dòng liên tục trong suốt quá trình làm việc. Mạch thường được dùng
trong mạch có công suất nhỏ và vừa.
2.2.3. Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha
2.2.3.1. Sơ đồ nguyên lý

17


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Hình 2.7 Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha.

2.2.3.2. Dạng điện áp

Hình 2.8 Dạng điện áp ở chế độ dòng liên tục.

18


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Hình 2.9 Dạng điện áp khi có hiện tượng trùng dẫn.
2.2.3.3. Nguyên lý hoạt động
Từ hình 2.8 khi dòng liên tục:
•
•
•
•

Từ t0÷t1: T3 thông Ud = Uc, Id = IT3.
Từ t1÷t2: T1 thông Ud = Ua, Id = IT1.
Từ t2÷t3: T2 thông Ud = Ub, Id = IT2.
Từ t3÷ t4 : T3 thông Ud = Uc, Id = IT3.

Từ hình 2.9 khi dòng có hiện tượng trùng dẫn:
• Từ t0÷t1: T3 thông Ud = Uc, Id = IT3.
• Từ t1÷t2 : Xảy ra hiện tượng trùng dẫntrong khoảng trùng dẫn γ cả van T1,
T3đều dẫn dòng điện.
2.2.3.4. Các công thức cơ bản
Điện áp trên tải:
•

Udα =

.U2.

- Uγ

•

Sụt áp do dòng trùng dẫn: Uγ =

•

Góc trùng dẫn γ xác định theo công thức: cosα – cos(α + γ) =

•

Dòng điện trên tải: Id =

•

Dòng điện qua van: IT =

•
•
•
•
•

Điện áp ngược trên van: Ungmax = 2,45U2
Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id
Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 0,47Id.Kba
Công suất tải: Pd = Ud.Id
Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd

Nhận xét:
19


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt
động được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc
trong 1/3 chu kỳ nên dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ. Mạch dùng nguồn 3
pha nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm Ampe.
2.2.4. Mạch chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha
2.2.4.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.10 Mạch chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha.
2.2.4.2. Dạng điện áp

20


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Hình 2.11 Dạng điện áp chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha.
2.2.4.2. Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ hình cầu cho phép sử dụng một nửa van là Tristor, nửa còn lại là Diot, do
đó làm giảm được giá thành thiết bị biến đổi vì Diot rẻ hơn Tristor. Sơ đồ điển
khiển cũng trở nên đơn giản hơn.
• Trong khoảng α ÷ π: T1, Đ1 dẫn, Ud = U2.
• Trong khoảng π ÷ (π + α): Đ1, Đ2 dẫn, Đ2 dẫn ở π và làm T1 khóa, T2
chưa dẫn nên Đ1 còn mở chưa khóa.
• Trong khoảng (π + α) ÷ 2π: T2, Đ2 dẫn, Ud = - U2.
• Trong khoảng 2π ÷(2π + α): Đ1, Đ2 dẫn.

2.2.4.3. Các công thức cơ bản
•

Điện áp trên tải:Udα =

•

Dòng điện trên tải:Id =

•

Dòng điện qua van: IT =

•
•
•
•
•

(1 + cosα)

Điện áp ngược: Ungmax = 1,41U2
Dòng điện thứ cấp: I2 = 1,11Id
Dòng điện sơ cấp: I1 = 1,11Id.Kba
Công suất tải: Pd = UdId
Công suất máy biến áp: Sba = 1,23Pd

Nhận xét:Sơ đồ cầu 1 pha bán điều khiển đơn giản, dễ dàng đấu nối. Do sử
dụng 2 Diot thay cho 2 Tristor nên giá thành mạch rẻ và mạch sử dụng ít kênh điều
khiển nên việc thiết kế mạch điều khiển trở nên dễ dàng hơn. Tổng sụt áp trên van

lớn không phù hợp cho tải có áp thấp vì nó làm giảm hiệu suất sử dụng bộ nạp.
2.2.5. Kết luận:
Trong các sơ đồ chình lưu chúng ta thấy dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng và
chỉnh lưu không đối xứng cầu 3 pha cho chúng ta chất lượng điện áp và dòng điện
tốt nhưng mạch sử dụng nhiều kênh điều khiển do vậy việc thiết kế mạch phức tạp,
mạch sử dụng nhiều Tristor nên giá thành cao.
21


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GVHD: NGUYỄN DUY MINH

Do yêu cầu công nghệ, mạch nạp có công suất nhỏ nên chọn sơ đồ “chỉnh lưu
bán điều khiển 1 pha”. Mạch có những ưu điểm sau:
• Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như chỉnh lưu hình
cầu 1 pha đối xứng.
• Đơn giản hơn do số lượng Tiristor giảm xuống còn 2 nên mạch điều
khiển có ít kênh điều khiển và bảo đảm kinh tế.
• Cùng một dải điều chình điện áp một chiều thì chỉnh lưu hình cầu bán
điều khiển điều khiển chính xác hơn.
• Do mạch nạp nên không cần làm việc ở chế độ nghịch lưu hoàn trả năng
lượng về lưới. Trong sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển hình cầu 1 pha tại
mỗi thời điểm phát xung điều khiển chỉ cần cấp một xung.

22