Thiết kế bộ nguồn nạp ắc quy tự động

Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Lời nói đầu
Trong thế kỷ XX, đầu thế kỷ XXI là thời kỳ của các cuộc cách mạng công nghệ,
khoa học kỹ thuật và điều này đã đem lại những thành tựu to lớn làm nền tảng cho
sự phát triển của nhiều ngành khoa học và đặc biệt là những bớc tiến mới về công
nghệ. Bắt đầu từ các đèn nút giao thông, các nhà máy, bu điện,các đờng bay trong
nớc và quốc tế cho đến các con tầu vũ trụ ngoài hành tinh đều có sự điều khiển của
công nghệ thông tin truyền và lu trữ số liệu. Nhng nhìn nhận sâu hơn trong lĩnh vực
công nghệ thì phải thừa nhận rằng các loại máy móc với công nghệ hiện đại đã làm
nên bộ mặt cho thế kỷ XXI này. Điều đáng quan tâm là dù đó là hệ thống, công
nghệ hiện đại thế nào thì trong từng bộ phận đều cần phải có các bộ nguồn một
chiều (DC) để cung cấp năng lợng cho các thiết bị hoạt động. Các bộ nguồn đợc
thiết kế ở nhiều dạng khác nhau nh: bộ nguồn UPS (Uninterruptedable power
supply) để đảm bảo nguồn cung cấp cho các thiết bị truyền, phát thông tin không bị
gián đoạn. Nguồn ắc quy trên các phơng tiện giao thông cho đến bộ nguồn dự
phòng của các hệ thống điều khiển tự động, báo cháy, chữa cháy tự động Công
nghệ phát triển càng cao thì giải quyết vấn đề làm thế nào để có đợc bộ nguồn ổn
định lại càng trở nên cần thiết hơn. Khoa học công nghệ phát triển càng cao thì một
bộ nguồn có các đặc tính đặc biệt nh có thể di chuyển đợc, Có khả năng tự nạp,
phóng điện. . . . ngày càng chứng tỏ đợc vị trí quan trong không thể thiếu của mình.
Vì thế ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu, chế tạo ra các bộ nắn dòng
AC/DC để nạp tự động cho ắc quy có tính ổn định cao.
Với lợng kiến thức đã đợc học cùng việc tham khảo các tài liệu có liên quan,
tôi cũng xin đợc trình bày một thiết kế cho bộ chỉnh lu nạp ắc quy tự động có nguồn
vào 3 pha 220V AC; 50 Hz cho 04 ắc quy 12V DC - 180 Ah (+/-10%).
Thiết kế này có thể còn nhiều thiếu sót, nhợc điểm rất mong đợc các thầy cô chỉ
bảo và các bạn góp ý để tôi bổ xung, chỉnh lý nhằm hoàn thiện hơn thiết kế này.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn khoa tại chức trờng đại học Bách khoa Hà
Nội. Đặc biệt cảm ơn thầy Dơng Văn Nghi đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo chúng tôi
trong quá trình thực hiện đồ án.

1


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Đề bài:
Thiết kế bộ nguồn nạp ắc quy tự động có các thông số sau:
-

Nguồn vào 3 pha 220/380 VAC +/- 10%, 50 Hz.

-

ắc quy gồm 4 chiếc 12V DC dung lợng 180 Ah

Yêu cầu nội dung và mục lục
-

Phần 1:

-

Phần 2: Phân loại ắc qui , các phơng pháp nạp ắc qui

Giơi thiệu chung

2


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

-

Phần 3: Phân tích yêu càu công nghệ , chọn phơng án tối u

-

Phần 4: Thiết kế tính chọn các phần tử động lực

-

Phần 5: Thiết kế tính toán phần điều khiển

Phần 1: Giới thiệu chung
Trong nền kinh tế hiện nay nguồn điện ắc quy đợc sử dụng nhiều trong các
ngành công nghiệp, nông nghiệp và đặc biệt là trong ngành giao thông vận tải. ắc
quy là bộ phận rất quan trọng trong các hệ thống điện, hệ thống điều khiển tự
động nên các máy có sử dụng đến động cơ nổ thì việc khởi động động cơ phụ
thuộc phần lớn vào nguồn ắc quy. Ngoài ra ắc quy còn cung cấp điện cho các hệ
thống khác trong các dây truyền công nghệ...

ắc qui là nguồn diện một chiều , nhiều máy móc thiết bị hoạt động đợc là nhờ
có bộ nguồn ắc qui . Để có một bộ nguồn ắc qui phù hợp - tuỳ theo nhu cầu tính
chất sử dụng ngời ta có những loại ắc qui khác nhau
Những ắc qui thông dụng có điện áp nh : 6v , 12v , 24v , 48v ...
Ngoài ra cần có điện áp khác nhau hay công suất phù hợp ngời ta có thể đấu
ghép , sản xuất là có đợc một bộ ắc qui nh ý muốn
ắc qui hoạt động dợc là nhờ có quá trình điện hoá - sẽ có hiện tợng tích điện
(khi nạp ) phóng điện khi sử dụng (có tải )
Khi bắt đầu nạp dòng nạp sẽ lớn hơn 10% I

dm

. (với ắc qui dung lợng nhỏ ) .

Còn với ắc qui dung lợng lớn lúc đầu I n = 10% I dm . Trong vòng vài giờ sau đó nâng

3


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

dòng nạp lên dòng I dm . Khi ắc qui đầy I n sẽ nhỏ dần và U n sẽ tăng dần tới U max . Để
quá trình nạp có thể ổn định dợc cả về dòng và áp ta phải có bộ nguồn thích hợp
điều chỉnh đợc các tham số trên

Phần II : Phân loại ắc qui các phuơng pháp nạp
Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhng phổ biến nhất là loại ắc qui kiềm và axit

I Cấu tạo va đặc điểm của các loại ắc qui
-

Cấu trúc của ắc qui đơn giản gồn có phân khối bản cực dơng phân khối bản cực
âm , các tấm ngăn . Phân khối bản cực do các cực cùng tên ghép nối lại với nhau

-

Cấu tạo của một bản cực trong ắc qui gồm có phần khung xơng và chất tác dụng
trát lên nó . Khung xơng của bản cực dơng có cấu tạo giống nhau và chúng đợc đúc
từ chì có pha thêm 5- 8% ăngtimoan (Sb) và tạo thành hình mắt lới . Phụ gia Sb
thêm vào chì sẽ làm tăng thêm độ dẫn điện và cải thiện tính đúc . Trong thành phần
tác dụng còn có thêm khpảng 3% chất nở (các muối hữu cơ ) để tăng độ xốp và cải
thiện đợc độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực đồng
thời điện tích thuực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng đợc tăng
lên , phần đầu của mỗi bản cực có vấu , các bản cực dơng của mỗi ắc qui đơn đợc
hàn với nhau tạo thành khối bản cực dơng và các bản cuực âm cũng đợc hàn với
nhau tạo thành khối bản cực âm . Số lợng các bản cực trong mỗi ắc qui thờng từ 5
8 . Bề dày cực dơng từ 1,31,5 mm, bản cực âm mỏng hơn 0,20,3 mm

-

Số bản cực dơng trong ắc qui thơng nhiều hơn số bản cực âm nhằm triệt để tận
dụng diện tích tham gia phản ứng của các bản cực . Tấm ngăn đợc bố trí giữa các
bản cực âm và dơng có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực . Các
tấm ngăn này đợc làm bằng vật liệu poly-vinyl có dạng lợn sóng , trên các bề mặt
tấm ngăn có các lỗ cho phép dung dịch điện phân thông qua
II Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui
ắc qui là nguồn năng lợng có tính thuận nghịchnó tích trữ năng lợng dới dạng hoá
năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng . Quá trình ắc qui cấp điện cho

4


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện , quá trình ắc qui dự trữ năng lợng đợc
gọi là quá trình nạp điện
1
Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit
-Trong ắc qui axit có các bản cực dơng là oxit chì (PbO 2 ) Các bản cực âm là (Pb)
dung dịch điện phân là H 2 SO 4 nồng độ d = 1,11,3%
()Pb H 2 SO 4 d = 1,11,3% | PbO 2 (+)
phong , nap
PbO 2 +2H 2 SO 4 +Pb


2


2PbSO 4 +2H 2 O

thế điện động e= 2,1v
Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui kiềm
Trong ắc qui kiềm có bản cực dơng 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 (+)
phong , nap

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

thế điện động e = 1,4v


Từ những điều trên ta nhận thấy trong quá trình phóng nạp nồng độ dung
dịch điện phân thay đổi . Khi ắc qui phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm
dần còn khi nạp điện thì 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 của ắc qui
III Các thông số cơ bản của ắc qui
1
Sức điện động của ắc qui


Sức điện động của ắc qui axit và kiềm phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện
phân
E 0 = 0,85 + P (v)
E 0 : sức điện động tĩnh của ắc qui (v)
P : Nồng độ dung dịch điện phân ở 15C (g/cm)



Quá trình phóng điện thics điện động E p của ắc qui là : E p = U p +I p R p
Trong đó : E p : Sức điện động của ắc qui khi phóng (v)
I p : Dòng điện phóng (A)
U p : Điện áp đo trên các bản cực của ắc qui khi phóng điện

5

Đồ án môn học
suất

Điện tử công

R p : Điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ()


Quá trình nạp điện thì sức điện động E n là : E n = U n - I n R n
E n : Sức điện động của ắc qui khi nạp điẹn (v)
I n : Dòng điện nạp (A)
U n : Điện áp đo trên các bản cực của ắc qui khi nạp
R n : Điện trở trong của ắc qui khi nạp

2

Dung lợng của ắc qui
Dung lợng phóng của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng cung cấp năng lợng điẹn của ắc qui cho phụ tải

C p = I p .t p

C p : Dung dịch thu đợc trong quá trình phóng (Ah)
I p : Dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng (A)
t p : Thời gian phóng điện (h)
Dung lợng nạp của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng tích trữ năng lợng
của ắc qui

C n = I n .t n

C n : Dung dịch thu đợc trong quá trình nạp (Ah)
I n : Dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp (A)
t n : Thời gian nạp (h)
IV
1




Đặc tính phóng nạp của ắc qui
Đặc tính phóng

Đặc tính phóng của ắc qui là biểu đồ đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của
sđđ , điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện
phóng không thay đổi
vẽ sơ đồ vào dây
Từ đặc tính phóng nạp của ắc qui nh trên hình vẽ ta có nhận xét sau :
+ Trong khoảng thời gian phóng từ t p = t gh sđđ , U , nồng độ dung dịch điện phân
giảm dần , trong khoảng thời gian này độ dốc của đồ thị không lớn ta gọi là giai
đoạn phóng ổn định

6


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

+ Từ thời gian t gh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột . Nếu ta tiếp tục cho ắc

qui phóng điện sau t gh thì sđđ , U của ắc qui sẽ giảm rất nhanh . Mặt khác các tinh
thể sunfatchif (PbSO 4 ) tạo thành ở phản ứng sẽ có dạng thô rắn hoà tan trong quá

2

trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau này. ắcqui không cho phép đợc phóng điện khi
dung lợng còn khoảng 80%
Sau khi ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào đó các giá trị sđđ , điện
áp , nồng độ dung dịch điện phân của ắc qui lại tăng lên. Ta gọi đây là thời gian
phục hồi hay khoảng nghỉ của ắc qui . Thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ
phóng điện của ắc qui
Đặc tính nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sđđ ,
điện áp , nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian khi trị số dòng điện không
thay đổi
vẽ đò thị vào đây
Từ đồ thị đặc tính trên ta có nhận xét sau :
+ Trong khoảng thời gian từ t n = 0 đến t n = t gh thì sđđ , điện áp , nồng độ dung dịch
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 tợng sôi ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc qui đã
tăng đến 2,4v . Nếu tiếp tục nạp thì giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7v và giữ
nguyên Thời gian này gọi là thời gian nạp no. Nó có tác dụng cho phần cao nhất
tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực đợc biến đổi tuần hoàn . Nhờ đó sẽ làm tăng
thêm dung lợng phóng điện của ắc qui
+ Sau khi ngắt mạch nạp , sđđ , điện áp 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 hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắc qui
I n .đ dm là I n = 0,1C 10
C 10 : là dung lợng của ắc qui với chế độ nạp dòng điện định mức là
I n = 0,1 C 10 thì sau 10h ắc qui sẽ đầy
VD : Với ắc qui C= 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10% dung

lợng tức I n = 18A thì sau 10h ắc qui sẽ đầy
V

Sự khác nhau giữa ắc qui kiềm và ắc qui axit

7


Đồ án môn học
suất



Điện tử công

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 . Nhng chúng có một số đặc điểm khác
nhau
ắc qui axit



ắc qui kiềm

Khả năng quá tải không cao
Dòng nạp lớn nhất đạt khi quá tải

Khả năng quá tải rất lớn dòng
nạp lớn nhất có thể đạt I max = 50%C 10

Là I max = 20% C 10
Hiện tợng phóng lớn

Hiện tợng phóng lớn



Sử dụng rộng rãi ở trong đời sống
Sử dụng ở những nơi có yêu cầu
Công nghiệp với công suất và quá tải công suất lớn , quá tải thờng xuyên
vừa phải



Dùng trong ôtô , xe máy, các động Dùng phổ biến ở trong công
cơ có công suất vừa và nhỏ
nghiệp hàng không , hàng hải , ở
Giá thành thấp
những nơi nhiệt độ môi trờng thấp
Giá thành cao
VI
Các phơng pháp nạp ắc qui tự động
Có 3 phơng pháp nạp ắc qui
+ Phơng pháp dòng điện
+ Phơng pháp điện áp
+ Phơng pháp dòng áp
Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi
Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với mỗi loại ắc
qui đảm bảo cho ắc qui đợc no . Phơng pháp này sử dụng trong các xởng bảo dỡng
sửa chữa . Với phơng pháp này ắc qui đợc mắc nối tiếp nhau và thoả mãn điều kiện

1

U n 2,7 N aq
N aq : Số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch
U n : Điện áp nạp
Nhợc điểm của phơng pháp này là thời gian nạp kéo dài . Khi đa vào nạp phải có
cùng dung dịch định mức

8


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

2

Phơng pháp nạp với điện áp không đổi



Phơng pháp này yêu cầu các ắc qui đợc mắc song song với nguồn nạp , hiệu

3

điện thế của nguồn nạp không thay đổi (2,3v 2,5v ) Thời gian nạp ngắn tuy nhiên
dùng phơng pháp này ắc qui không đợc nạp no . Vì vậy nạp với dòng điện không
đổi chỉ là phơng pháp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử dụng

Phơng pháp nạp với dòng áp



Đây là phơng pháp nạp tổng hợp của hai phơng pháp trên , nó tận dụng đợc
những u điểm của mỗi phơng pháp



Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong quá trình nạp
mọi quá trình biến đôỉ và chuyển hoá đợc tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt
sẵn thì ta chọn phơng pháp nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp



Đối với ắc qui axit để đảm bảo thời gian nạp cũng nh hiệu suất nạp thì trong
khoảng thời gian t n = 8h ứng với 75 80% dung lợng ắc qui ta nạp với dòng điện
không đổi là I n = 0,1 C 10 theo đặc tính nạp của ắc qui trong giai đoạn chính thì khi
dòng điện không dổi thì điện áp ,sđđ tải ít thay đổi , để đảm bảo tính đồng đều về
tải cho thiết bị nạp thì sau thời gian 8h ắc qui bắt đầu sôi . Lúc đó ta chuyển sang
nạp ở chế độ ổn áp . Ki thời gian nạp đợc 10h thì ắc qui bắt đầu no , ta nạp bổ xung
thêm 23h



Đối với ắc qui kiềm trình tự nạp cũng giống ắc qui axit . Nhng do khả năng
quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với
I n = 0,2 C 10 hoặc nạp cỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp
I n = 0,5 C 10
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 phơng pháp điện áp thì dòng điện trong ắc qui sẽ
tự động dâng nên không kiểm soát đợc sẽ lam 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 lợng của ắc qui dâng lên 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định
dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nớc. Do đó đến giai đoạn này ta phải chuyển
chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp . Chế độ ổn áp đợc giữ cho đến khi ắc qui thực

9


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

sự no . Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui bằng với diện áp nạp thì lúc đó dòng
nạp sẽ tự động giảm về 0 va kết thúc quá trình nạp


Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện khác nau

ắc qui axit I n = 0,1 C 10 nạp cỡng bức là I n = 0,2 C 10



ắc qui kiềm I n = 0,2 C 10 nạp cỡng bức là I n = 0,5 C 10



T phân tích ở trên ta rút ra các số liẹu sau



Dòng nạp lớn nhất I n max = I d max = 90 (A)



Điện áp U d max = 64,8v

Phần III

: Phân tích yêu cầu công nghệ chọn phơng án hợp lý

I Phân tích yêu cầu công nghệ
Qua quá trình công nghệ nạp điện ở hai loại ắc qui ta nhận thấy : ban đầu phải giữ
cho dòng điện là không đổi cho đến 75 80% I dm thì chuyển sang chế độ giữ cho
điện áp là không đổi ( ổn áp) vì do quá trình sản xuất điện trở trong của ắc qui là
không đều nhau . Do đó ngời ta phải giữ cho thời gian đầu là không đổi để tránh trờng hợp là có ngăn yếu. Bình yếu sẽ bị quá dòng nạp gây nên hỏng tấm cực . Mục
đích nữa là để các bình hay các ngăn . Việc giữ cho điện áp không đổi còn giúp cho
việc trộn đều dung dịch trong các bình
Với ý nghĩa công nghệ nạp điện cho ắc qui ta sẽ thiết kế một bộ nguồn nạp điện cho

ắc qui theo thoong số kỹ thuật đã cho . Giúp cho việc sử dụng ắc qui bền và tiện lợi
nâng cao tuổi thọ . ổn định đợc dòng điện và điện áp , độ gợn sóng (nhấp nhô) ít lợi
ích kinh tế cao
II Chọn phơng pháp
Có nhiều phơng pháp để xây dựng một bộ chỉnh lu cho bộ nguồn nạp ắc qui . Ta sẽ
xem xét cụ thể từng bài toán

10


Đồ án môn học
suất

1



Điện tử công

Bộ chỉnh lu điôt
Van chỉnh lu là điôt (có thể là cầu 1 pha hoặc 3 pha) Sử dụng van này góc mở là
lớn nhất với sơ đồ cầu thì phạm vi chỉnh lu là cả chu kỳ
Vẽ 2 sơ đồ cầu điôtvào đây
Ưu điểm
chỉnh lu cả chu kỳ
giá thành thấp



2

Nhợc điểm
độ tinh điều chỉnh kém độ gợn sóng lớn
góc mở là cố định do vậy không điều chỉnh đợc điện áp và dòng điện
không điều chỉnh đợc góc mở của van do đó dòng chỉ đạt cực đại trong thời gian rất
ngắn . Vì vậy dẫn tới dễ hỏng bản cực ắc qui, tuổi thọ của ắc qui giảm
Bộ chỉnh lu thyristor
a Chỉnh lu cầu một pha dùng thyristor
vẽ sơ đồ



Ưu điểm : Thiết bị vật t đơn giản , gọn nhẹ ,dòng điện tơng đối phẳng , điều
chỉnh đợc góc mở



Nhợc điểm : Dòng điện không liên tục ( gián đoạn ) ở đây U d bù điện áp thấp ta
quan tâm chính đến là I d
2 Chỉnh l cầu 3 pha điều khiển đối xứng
+ Sơ đồ nguyên lý mạch động lực nguồn

11


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Ưu điểm : Dòng điẹn nạp là liên tục, điều chỉnh đợc góc mở , dòng tải phẳng hơn


Nhợc điểm : tăng thêm một số vật t trong giá thành kinh tế
Kết luận : Trong hai phơng pháp vừa nêu để đảm bảo độ bền tuổi thọ ắc qui , phù
hợp với yêu cầu công nghệ ổn điịnh đợc dòng điện (liên tục) và ổn định đợc điện áp
theo ý muốn ta thấy thấy phơng án dùng chỉnh lu cầu 3 pha dùng 06 trirstor để
chỉnh lu từ áp xoay chiều thứ cấp máy biến áp 3 pha thành nguồn 1 chiều mong
muốn là hoàn toàn thích hợp.
Nhìn chung sơ đồ tơng đối đơn giản. Mạch nguồn hoạt động ổn định, điện áp ít thay
đổi phụ thuộc vào nguồn vào.
Nh vậy mạch này chỉ cần kết hợp với một mạch điều khiển có phản hồi dòng điện
và điện áp nữa là ta sẽ đảm bảo đợc yêu cầu đặt ra.

Phần IV. Thiết kế tính chon các phần tử phần động lực.

12


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Nội dung mạch động lực cần tính chọn gồm có:
-

01 máy biến áp 3 pha mà sơ cấp đấu tam giác điện áp vào 3 pha 220/380 VAC
+/- 10% tần số xoay chiều 50Hz sao cho có điện áp ra thứ cấp là:
U2=

-

Ud 0
d0 Điện áp chỉnh lu không tải
3 6

01 mạch chỉnh lu cầu 3 pha dùng 6 tiristor đầu vào là điện áp 3 pha xoay chiều
220/380VAC+/-10% 50Hz và điện áp ra là Ud= 12VDC; Id= 10A.

-

01 mạch điều khiển để tạo xung mở điều khiển tiristor.

-

Để đảm bảo cho chất lợng đầu ra ta dùng mạch phản hồi dòng điện và điện áp.

1-

Phần điện áp.
Máy biến áp công suất vài chục KVA thuộc loại công suất nhỏ nên có sụt áp trên
điện trở tơng đối lớn 4% sụt áp trên điện kháng lại ít hơn khoảng 1,5% và sụt áp
trên các van nối tiếp khoảng 2,4V

13


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

+ Điện áp chỉnh lu không tải
Udo= UdMAX +(0,04+0,015)Udmax + 2,4
Udo= 12+0,055 x 12 + 2,4 = 15,5 VDC 16 VDC.
+ Tính giá trị hiệu dụng của thứ cấp máy biến áp 3 pha.
U2 =

U do 3,14.16
=
= 6.8V .
3 6
3 6

+ Đến đây ta có thể tính đợc tỷ số của máy biến áp.

m=

V2 U 2 6.8
=
=
= 0,018 lần
V1 U1 380

+ Điện áp ngợc lớn nhất mỗi van phải chịu là:
Ungvmax =
2-

6U 2 = 6.6,8 = 16,656 V

Dòng điện
Nh ta đã tính toán thì dòng điện chỉnh lu định mức Id =10A Vậy thì giá trị hiệu
dụng của dòng chảy trong mỗi pha thứ cấp biến áp là:

I2 =

2
2
Id =
.10 = 8,16 A
3
3

Giá trị hiệu dụng hiệu dụng của dòng điện của dòng điện chảy trong mỗi pha sơ cấp
máy biến áp là:
I1 = mI2 = 0,018 x 8,16 = 0,147 A

14


Đồ án môn học
suất

3-

Điện tử công

Chọn tiristor
Ta phải chon tiristor sao cho ít nhất phải chịu đợc điện áp ngợc. Do dòng chảy qua

tiristor nhỏ ta chon loại tiristor làm mát tự nhiên.

Ungv =

U ng max
0,7

=

16,656
= 23,8 V
0,7

Và dòng điện trung bình:

Iv=

I t b v 10
=
= 33,33 A
0,3 0,3

Nh vậy ta chọn 6 tiristir Liên Xô loại TL-200 có các thhong số kỹ thuật sau:
Itb=200A; Ungtb=300v; AU = 0,7; Toff = 150 às ; Ig =0,4A; Vg =8V;
di

dt

= 20A

às

; du

dt

4-

Tính máy biến áp.

a.

Mạch từ:

-

= 100 V

àS

Công suất máy biến áp:
P2 = 3 x V2 x I2 = 3 x 6,8 x 8,16 =166 W
P1 = 3 x V1 x I1 = 3 x 380 x 0,147 = 168 W

-

Mạch từ.
Ta chọn loại mạch từ 3 trụ, Mỗi trụ có tiết diện theo công thức kinh nghiệm:

15

Đồ án môn học
suất

Q=k

Điện tử công

P
cm 2
c.f

Trong đó : k = 4-5 nếu là máy biến áp dầu
k= 5-6 nếu là máy biến áp khô
P= công suất máy biến áp
C= số trụ
F= tần số nguồn xoay chiều
Nh vậy :
Q=k

P
168
cm 2 = 6
= 1cm 2
c.f
3.50

-

Trụ
Tiết diện thô : 8.5 + 3.5 =55 cm2
Tiết diện hiệu quả : 0,95.55= 52,25 cm2

-

Quy lát
Tiết diện thô : 8.8 = 64 cm2
Tiết diện hiệu quả: 0.95.64 =60,8cm2

-

Từ cảm
Trong các trụ có B m = 1,1 Tesla
52,25
= 0,95 Tesla
60,8
Nh vậy mạch từ có dạng nh hình vẽ 3
Trong quy lát chọn Bm= 1,1.

16


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Hình3
b.

Dây quấn.
+ Dây quấn sơ cấp:
760 vòng dây chia thành 4 lớp
Giữa các lớp đặt một tờ giấy cách điện 0,1 mm.
Bề dầy của cuộn dây quấn sơ cấp
E1 =4 x 1,5 = 6 mm
Bán kính trung bình của cuộn dây sơ cấp là 60 mm
Chiều dài của cuộn dây sơ cấp
2 x 63,15 x 10-3 x 760 = 301 m
Điện trở của cuộn dây ở 75 0C là:
rl = 0,00993 x 301(1+0,04x75)= 11,9
+ Dây quấn thứ cấp
Giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp để một khoảng cách khoảng 8 mm. 16 vòng dây
cuốn thành 1 lớp bề dầy cuộn thứ cấp e2=5,2

-

Bán kính trung bình của dây là
12 + 7 + 8 + 2,5 = 29,5 mm

-

Chiều dài cuộn dây thứ cấp là:
2 x 29,5.10-3x20 = 3,7 m

-

Điện trở ở 75 0

17


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

r2 = 0,000811 x 3,7 x 1,3 = 0,03
-

Điện áp rơi trên điện kháng
3xld

Tromh đó x đợc tính theo công thức
Vx =

r
C1 + C2
7
X = 8. -3. N2. a +
10
h
3

= 8.3,14-3.162.

Vx =
-

0,003
0,0063 + 0,0052
7
0,008 +
.3,14 = 0,005
0,165
3


3xld 3.0,005.150
= 0,7V
=
3,14


Điên áp rơi trên điện trở
2
2


n2
20
V1 = r 2 + r1 ld = 0,01 + 1,37
150 = 2,53V
n1
282



-

Điện áp chỉnh lu dây tải
d max = Udo Vx V1 VT
= 16 - 0,71 - 2,53 - 1,4 = 11,36 V

-

Tổng trở ngắn mạch
Zn =

X 2 + R d2 = 0,005 2 + 0.0016 2 = 0,017

18


Đồ án môn học
suất

-

Điện tử công

Dòng điện ngắn mạch
V2
6,8
=
= 400A
Z 2 0,017

Trục ống dây

I2=

r=70

Hình 4

Phần V: Thiết kế sơ đồ điều khiển chỉnh lu cầu 3 pha.
-

01 máy biến áp 3 pha tạo điện áp đồng bộ với nguồn
19


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

-

Khối 1 là khối tao ra điện áp (xung) răng ca phù hợp đồng bộ với nguồn.

-

Khối 2 là khối đa hài xung chữ nhật với f = 8KHz

-

Khối 3 là khối so sánh 2 tín hiệu điện áp điều khiển U ĐK và điện áp răng ca do

khối 1 tạo ra và đầu ra cho điện áp xung chữ nhật f 100Hz.

-

Khối 4 là khối khuyếch đại xung và biến áp xung

-

Khối 5 là khối phản hồi dòng điện áp

-

Rơle thời gian đóng ngắt các tiếp điểm
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển nạp ắc quy tự đông đợc mô tả nh hình vẽ sau:

Khối 1

Khối 3
Khối 4

Khối 2

20

Sơđồ mạ ch điều khiển tự động nạ p ắc quy


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

( Bản vẽ lớn đính kèm)
Khối 1 khối tạo điện áp răng ca đồng bộ với nguồn gồm R5; R6; R7; C5; D6; T8 và
điện áp đồng bộ Ur1.
Khi bazơ T8 âm thì tranzitor T8 bị khoá. Khi này tụ C 5 nạp điện +E qua R6; R5 về
điểm 0. Khi Bazơ T8 dơng, transitor mở, Tụ C5 phóng điện qua R5 về âm tụ nên đầu
ra có chuỗi xung răng ca đồng bộ với điện áp nguồn nuôi.
Nhìn vào sơ đồ lợc của khâu 1 ta thấy dạng điện áp vào, ra nh sau:

21


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Khối 2 : khối đa hài tự dao động xung chữ nhật gồm R 0; R1; C1; C2; T9; T10 tần số f =
8000Hz.
Khi T9 thì điện áp trên C1 đặt vào bazơ T10 khoá T10 lại. Ura = -E và tụ C2 nạp điện
qua R0 qua T9. Tụ C1 phóng điện qua R1 qua nguồn khi C1 phóng hết điện thì bazơ
T10 có giá trị âm. T10 thông nó đa điện áp trên tụ C2 vào bazơ T9 khoá T9 lại Ura=0
đồng thời tụ C2 phóng điện qua R1 qua nguồn khi C2 phóng điện hết thì bazơ T9 âm,
T9 thông nó đa điện áp trên tụ C1 vào bazơ T10 khoá T10 lại Ura = -E
Nếu R1 = R0; C1 = C2 thì = 1,4RC
Nếu R1 R0; C1 C2 thì = 0,7(R1C1 + R0C2)
Lấy C =8 thì R =

8000hz

= 700M
1,4.8.10 6

Dạng điện áp ra của khâu đa hài tự dao động 2 là:

Khối 2



22


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Khối 3: Khối so sánh dùng IC TL081
Điện áp răng ca đặt vào chân đảo, điện áp điều khiển đa vào chân thuận, đầu ra ta đợc một chuỗi xung chữ nhật độ rộng phụ thuộc vào điện áp điều khiển.

qua điốt D4 thi ta có các xung d ơng chữnhật

23


Đồ án môn học
suất

Điện tử công

Các xung d ơng chữnhật đ ợ c băm nhỏ thànhchù m và đ a vào đầu vào của bộ khuyếch đạ i
xung

Khối 4: Khối khuyếch xung biến áp gồm :
T7; R2; R3; D1; D2; D3; DZ và biến áp xung BAX.
-

Khi có chùm xung dơng tác động vào bazơ T7 làm T7 thông điện chạy từ dơng E
qua BAX, qua D2 qua R3 qua T7 về 0 biến thiên gây nên đầu ra cuộn thứ cấp biến áp
xung 1 xung dơng, xung này qua D1 đến cực điều khiển của Tristor T1.

-

BAX để đảm bảo cách điện giữa mạch động lực với mạch điều khiển

-

Dạng điện áp vào ra của khâu BAX.

24


§å ¸n m«n häc
suÊt

§iÖn tö c«ng

E
R
E

U

R

R
R
R

E

R
E

R

Khèi 5 lµ khèi håi tiÕp dßng ®iÖn vµ ®iÖnR¸p
qua h×nh ta thÊy tÝn hiÖu dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p sÏ so s¸nh víi tÝnn hiÖu

R

E
R

25

U ®k

R