thiet ke bo sac acquy 12v

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

đề tài :thiết kế và chế tạo bộ nguồn nạp ắc quy

tự động cho 10

ắc quy 12v dung lượng 60ah

1


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

Mục lục
đề tài............................................................................................................................1
Lời giới thiệu............................................................................................................4
Chương I : giới thiệu chung về ắc quy...........................................................5
1 Cấu tạo ắc quy chì-axit……………………………………………………………3
2 Yêu cầu cho việc nạp ắc quy……………………………………………………...7
2.1 Ắc quy…………………………………………………………………………...7
2.2 Qúa trình biến đổi năng lượng trong ắc quy axit………………………………..7
2.3 Các đặc tính của ắc quy………………………………………………………....8
3. Các phương pháp nạp ắc quy tự động…………………………………………..12
3.1 Nạp bằng điện dòng điện không đổi……………………………………...
…...12
3.2Nạp bằng điện áp không đổi……………………………………………………
13
3.3Nạp bằng dòng áp………………………………………………………….
…...13
Chương II : PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU……………………………………….…..16
1. Lựa chọn bộ biến đổi …………………………………………………………...16

2. Phân tích sơ đồ chỉnh lưu……………………………………………….............17
2.1Chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha đối xứng…………....……………………..17
2.1Chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha không đối xứng……………………..….....20
Chương III : TÍNH TOÁN thiết kế MẠCH LỰC…………………...……………24
I. Chọn sơ đồ thiết kế…………………………………………27
II. Tớnh toỏn chọn van lực…………………………………......29
III. Tớnh toỏn bảo vệ quỏ ỏp………………………………. .29
Chương IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển
I/ Nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ……………………….31
1. Nguyên tắc điều khiển ngang…………………….…………..31
2. Nguyờn tắc điều khiển dọc…………………….….……….....32
3. Khâu đồng bộ……………………………………………..….32

2


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
4. Khâu tạo điện áp tựa ……………………………………..….33
5. Điện áp tựa dạng răng cưa…………………………….....…...38
6. Khõu so sỏnh……………………………………………….....40
7. Khõu dạng xung ……………………………….……..……....42
8. Khâu khếch đại xung (KĐX)…………… …………..….……43
II/ Bộ điều khiển ( BĐK )………………… ………………..…..…..43
CHƯƠNG V .THIẾT KẾ SẢN PHẨM…………………………….49
I. Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển……………………..49
1.Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển………………………...52
2. Tớnh toỏn mỏy biến ỏp nguồn………………………………....53
II . Tính toán khối điều khiển……………………………..….……..56
1. Khâu đồng bộ…………………………………………....57
2. Khối tạo điện áp răng cưa………………………….........57

3. Khối so sỏnh………………………………………….….58
4. Khối tạo dạng xung……………………………….……..58
5. Khối khuếch đại xung ……………………………….….59
III. Lắp rỏp sản phẩm…………………………………………….....62

3


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

LờI GIớI THIệU
Hiện nay với tiến bộ khoa học kĩ thuật đã và đang đổi mới các phần tử, các mạch điều
khiển được áp dụng rộng rãi vào trong công nghiệp và đời sống.Với xu thế phát triển
của khoa học hiện nay là ứng dụng khoa học kĩ thuật điện tử,kĩ thuật tin học,cơ khí
chính xác… để thực hiện tự động hoá được áp dụng cho từng máy,tổ hợp máy cho
từng dây truyền công nghệ,các nhà máy tiến tới tự động hoá cả ngành sản xuất. Tự
động hoá làm giảm nhẹ sức lao động chân tay của con người làm cho tự động nó trở
thành đặc trưng của nền sản xuất công nghiệp hiện đại.
Trong công nghiệp ngoài ra các mạch điều khiển người ta thường dùng kĩ thuật số với
phần mềm đơn giản,linh hoạt và dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc các luật điều
khiển.Nó làm tăng tốc độ tác động nhanh và có độ chính xác cao cho hệ thống.Như
vậy nó làm chuẩn hoá 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 những ứng dụng đó thì việc áp
dụng vào mạch map ắc quy tự động đang được sử dụng rộng rãi và có những đặc tính
ưu việt.Bởi ắc quy là nguồn cấp điện một chiều cho các thiết bị trong công nghiệp
cũng như trong đời sống hàng ngày cung cấp điện cho các nơi chưa có nguồn điện lưới
để phục vụ cho chiếu sáng,ti vi,thông tin liên lạc…điều khiển đo lường ,cung cấp cho
các thiết bị giàn khoan ngoài biển.Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạo mạch nạp ắc
quy là hết sức cần thiết,nó ảnh hưởng rất lớn tới dung lượng và độ bền của ắc quy.
Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung của đồ án tốt nghiệp.Thiết kế và chế tạo

bộ nguồn nạp ắc quy tự động do thầy giáo Lưu Đức Dũng giảng viên trường Đại Học
Bách Khoa hướng dẫn.Mặc dù trong thời gian qua em đã cố gắng tìm hiểu thực
tế,nghiên cứu tài liệu để thực hiện đồ án nhưng không thể tránh khỏi những sai sót , em
mong tiếp tục nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các quý thầy cô.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Lưu Đức Dũng
người đã trực tiếp hướng dẫn và toàn bộ các thầy trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp

4


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
công nghiệp Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội , đã giúp đỡ và dạy bảo
em trong những năm qua.

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY
Ắc quy là nguồn cung cấp năng lượng điện một chiều cho các thiết bị trong công
nghiệp và dân dụng. Có nhiều loại ắcquy như:
+ ắc quy Axit (Acquy chỡ).
+ ắc quy Kiềm ( Acquy Sắt- Niken, , acquy bạc- kẽm....)
Tuy nhiên, trên thực tế thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là acquy axit, vì so với
ắcquy kiềm, ắcquy axit có nhiều tính năng tốt hơn như: SĐĐ của mỗi cặp cực lớn, có
điện trở trong nhỏ, dung lượng của bình ắc quy lớn.
1/ Cấu tạo của bình ắc quy chì - axit:
Bình ắc quy axit gồm vỏ bình có 6 ngăn riêng (hay 12V), trong mỗi ngăn có đặt khối
bản cực dương, khối bản cực âm. Chúng được ngăn cách nhau bằng các tấm ngăn, mỗi
ngăn như vậy được coi là một acquy đơn, các acquy đơn nối tiếp với nhau tạo thành
bình ắc quy. Ngăn đầu và ngăn cuối có đầu tự do tạo thành các đầu cực dương (+), cực
âm (-) của ắc quy, dung dịch điện phân (dung dịch axit sunfuric) được đổ vào trong
từng ngăn.

5


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
-

+

Cấu tạo bình ắc quy

6


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
Vấu bản cực

cực duơng

Cực âm
Tấm ngăn

Chất tác dụng

Bản cực
âm

Khung xuơng
bản cực

Bản cực duơng

a ) phân khối các bản
cực và tấm ngăn

b) Cấu tạo bản cực

Vấu cực
nút

nắpp

Vỏ
bình

c) kết cấu bình
ắc quy

Ngăn ắc quy đơn

- Vỏ bình:
Vỏ bình được làm bằng các loại nhựa như: ebônit, axphađơpec, cao su cứng…chúng
có khả năng chịu axit, và có độ bền vững cao.
- Bản cực:
- Cấu tạo của một bản cực trong ắcquy gồm có phần khung xương và chất tác dụng
chát nên nó.

7

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
+ Khung xương của bản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau. Chúng được đúc
bằng hợp kim chì và Stibi (Sb) và được tạo hình dạng mặt lưới.
+ Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, dung dịch axit sunfuric và khoảng 3% chất nở
như muối của các axit hữu cơ đối với bản cực âm; còn đối với bản dương thì chất tác
dụng được chế tạo từ các oxit chì Pb3O4, PbO và dung dịch axit sunfuric, chất nở trong
bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, giảm khả năng cò và hiện tượng chóng hoà cứng
cho các bản cực, làm tăng điện dung cho acquy.
Các bản cực sau khi đã trát đầy chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá
trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp bằng
dòng điện nhỏ. Sau quá trình như vậy, chất tác dụng ở các bản cực dương sẽ trở thành
PbO2, bản cực âm thành Pb. Sau đó chúng được lắp ráp vào bình acquy tạo thành các
khối bản cực, các khối bản cực âm và dương được lắp xen kẽ nhau và được cách điện
bằng tấm ngăn.
- Tấm ngăn:
Tấm ngăn là chất cách điện, có độ xốp thích hợp để không ngăn cản dung dịch điện
phân thấm đến các bản cực. Tấm ngăn được làm từ polyclovinyl, bông thuỷ tinh ghép
với miplat… có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm.
-Dung dịch điện phân:
Dung dịch điện phân trong ắc quy axit sunfuric (H2SO4) được pha chế từ axit nguyên
chất với nước cất theo nồng độ nhất định.
2/ Yêu cầu cho việc nạp ắc quy:
2.1/ ắcquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới
dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng, Quá trình ắcquy cung
cấp điện cho phụ tải gọi là quá trình phóng điện; quá trình ắc quy tích trữ năng lượng
từ một nguồn điện m ột chiều gọi là quá trình nạp điện.
2.2/ Quá trình biến đổi năng lượng trong acquy axit:
a/ Quá trình nạp:
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 dụng

8


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
sức điện động riêng của ắcquy các điện tử sẽ chuyển động theo hướng ngược lại (từ
dương đến âm) và tạo thành dòng điện phòng Ip.
Khi ắcquy đã được nạp no chất tác dụng ở các bản cực dương PbO 2, còn ở các bản cực
âm là chì xốp Pb. Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bản cực đều trở thành
sunfat chì PbSO4.
- Quá trình hoá học xảy ra trong acquy axit có thể viết như sau:
+ Trên bản cực dương:
PbO2 + 3H + (HSO4)- + 2e  PbSO4 + 2H2O
+ Trên bản cực âm:
Pb + H2SO4  PbSO4 + 2e + 2H
b/ Quá trình phóng:
Khi phóng, điện axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfurat, còn nước thì bị phân
hoá 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.
2.3/ Các đặc tính của Acquy axit:
a/ Sức điện động của Acquy axit (SĐĐ)
SĐĐ của acquy phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực và phụ thuộc vào nồng độ
của dung dịch điện phân được xác định theo công thức:
E0 = 0,85 + P (v)
Trong đó: E0 : Sức điện động tĩnh của acquy (v)
P : Nồng độ dung dịch điện phân ở 150C (g/cm3)
Thông thường, các acquy axit có nồng độ thay đổi trong khoảng 1,12 - 1,29 g/cm 3. Do
đó, SĐĐ của một acquy đơn sẽ thay đổi từ 1,19 ÷ 2,14v, có nghĩa là nồng độ của dung
dịch điện phân tăng thì SĐĐ của acquy cũng tăng.
b/ Các đặc tính phóng và nạp của acquy:

* Trong quá trình phóng điện của acquy thì sức điện động được tính theo công thức:
Trong đó:

EP

=

UP

+

IP.raq

Ep

: sức điện động của acquy phóng điện (v)

IP

: dòng điện phóng (A)

Up

: điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (v)

raq

: điện trở của acquy khi phóng điện (v)

9

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
- Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng
của acquy cho phụ tải, và được tính theo công thức:
CP
Trong đó:

=

IP.tP

CP: dung lượng thu được trong quá trình phóng điện. (A.h).
IP: dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tP.

-Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức điện
động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng
điện phóng không thay đổi.
Trong- khoảng thời gian phóng 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 phóng điện cho phép
tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của acquy (dòng điện phóng).
-Từ thời điểm tgh trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu ta tiếp tục cho acquy
phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh; mặt khác
tinh thể sunfat chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn rất khó hoà
tan (Biến đổi hoá học trong quá trình nạp điện trở lại cho ắcquy

I (A)

10

E

U (V)
2,11
1,95

Khoảng nghỉ

E
U

P

1,75

Vùng phóng điện cho
phép
5

CP
0

4

P

= I .t
8

P
12

t
8

20

10


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

Đặc tính phóng của ắc quy
sau này, thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắcquy, các giá trị E P, UP,
P tại tgh gọi là các giá trị tới hạn phóng điện cho acquy.
-Nếu ngắt mạch vào thời điểm tgh thì hiệu điện thế UP sẽ tăng vọt lên bằng sức điện
động của acquy. Còn sau đó, nhờ khuyếch tán mà nồng độ dung dịch cân bằng dần,
sức điện động ắcquy sẽ tăng dần tới E0 và bằng 1,96 v đối với ắcquy được coi là phóng
hết điện. Đoạn cuối của đường cong Eaq ứng với khoảng nghi của ắcquy hay thời gian
phục hồi của ắcquy, thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của
acquy ( dòng điện phóng và thời gian phóng.)
∗ Trong quá trình nạp điện của ắcquy thì SĐĐ được tính theo công thức:
En
Trong đó:
raq

=

Un

-

In.raq

In

: dòng điện nạp (A)

Un

: điện áp đo trên cực acquy khi nạp.

: điện trở trong của acquy khi nạp điện.

- Dung lượng nạp của ắcquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của
acquy và được tính theo công thức:
Cn
Trong đó

=

In.tn

Cn

: dung lượng thu được trong quá trình nạp điện(Ah)

In

: dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tn.

11


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
- Đặc tính nạp của ắcquy là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức điện động,
điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng nạp điện
không thay đổi (In = const).

I (A)

Bắt đầu sôi
2,4V

U,E
(V)
2,7V
2,4V
un
2

Khoảng nghỉ
Eaq E

2,1V

1,95V
Vùng nạp no

Vùng nạp chính
10

1

Cn = In.tn

5

0

10

ts

(2÷ 3) h

t

20

s

Đặc tính nạp của ắc quy

Trong khoảng thời gian nạp từ 0 đến t = ts, 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
(gọi là hiện tượng sôi), lúc này điện thế giữa các cực của ắcquy tăng tới 2,4v. Nếu vẫn
tiếp tục nạp, giá trị này tăng vọt lên 2,7v và giữ nguyên thời gian này gọi là thời gian
nạp no, nó có tác dụng làm cho phân các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực

được biến đổi hoàn toàn, làm cho dung lượng phóng điện của ắcquy tăng thêm. Ta có
thể kết thúc quá trình nạp ở đây. Nhưng thường người ta phải tiếp tục nạp từ 2h đến 3h
nữa, khi thấy rằng trong suốt thời gian đó hiệu điện thế và nồng độ dung dịch của
ắcquy không thay đổi thì mới tin chắc acquy đã được nạp no.
+ Sau khi ngắt dòng điện nạp thì điện áp, sức điện động của ắcquy, nồng độ dung dịch
điện phân giảm xuống và ổn định, khi đó: E0 = 2,11÷ 2,12v ứng với acquy đã được nạp
no.

12


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
+ Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắcquy. Dòng
điện nạp định mức đối với ắcquy là In = 0,01 C10, trong đó C10 là điện dung định mức
ứng với chế độ 10 giờ phóng.
3/ Các phuơng pháp nạp ắc quy tự động:
Các phương pháp nạp ắc quy tự động.
Có ba phương pháp nạp ắc quy là:
+

Phương pháp dòng điện.

+

Phương pháp điện áp.

+

Phương pháp dòng áp.

3.1 / Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi.
A
_
+

V UN

D
D

D

+

A

_

....

+

R

R

A

_

....

+

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 ắc quy hoặc nạp sử chữa cho các ắc quy bị Sunfat hoá. Với
phương pháp này ắc quy được mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :

13


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
Un ≥ 2,7.Naq
Trong đó:
Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp
không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở được
xác định theo công thức :

R=

U n − 2,0 N aq
In

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và
yêu cầu các ắc quy đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức.
Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp

với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp
ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ÷ 0,5 )C20 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 0,05C20
3.2/ Phương pháp nạp ắc quy với điện áp không đổi
Phương pháp nạp ắc quy với điện áp không đổi yêu cầu các ắc quy được mắc song
song với nguồn nạp . Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng 2,3 ->
2,5 V cho 1 ngăn ắc quy đơn.
Hiệu điện thế của nguồn nạp phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3% và được
theo dõi bằng vol kế.
Dòng nạp

In =

U n − Eaq
Raq

lúc đầu sẽ rất lớn sau đó khi Eaq tăng lên thì I n giảm đi

khá nhanh.
Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian ngắn dòng điện nạp tự động
giảm dần theo thời gian .Tuy nhiên dùng phương pháp này ắc quy không được nạp no,
vì vậy phương pháp nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho ắc
quy trong quá trình sử dụng.
- Để khắc phục những nhược điểm và tận dụng được hầu hết các ưu điểm của các
phương pháp nạp trên ta kết hợp 2 phương pháp nạp lại thành phương pháp nạp dòng áp.
3.3/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.

14

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc quy 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.
Đối với ắc quy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoản
thời gian tn = 16h tương ứng với 75 ÷ 80 % dung lượng ắc quy ta nạp với dòng điện
không đổi là In = 0,1C20. Vì theo đặc tính nạp 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 qui bắt đầu sôi lúc đó 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 2 ÷ 3h.
Đối với ắc quy kiềm : Trình tự nạp cũng giống như ắc quy axit nhưng do khả năng quá
tải của ắc quy kiềm 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 từ từ 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 đói 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 đến 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 phải 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.
- Tuỳ theo loại ắc qui 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 .
* Từ các phân tích ở trên ta tính toán dòng nạp và điện áp nạp theo yêu cầu đầu bài
chúng ta tiến hành nạp ắc quy với dòng điện không đổi.
+ Dòng điện nạp In = 0,1x60 = 6A
Từ yêu cầu của đề tài chúng ta có: số lượng ắc quy là 10 chiếc. Do vậy chúng ta có thể
có 3 cách mắc để nạp điện cho ắc quy:
+ Mắc 10 ắc quy nối tiếp với nhau.
Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60=6 A

15


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
Điện áp nạp lại rất lớn Un=10x16,2=162 V
+ Mắc 10 ắc quy song song với nhau:
Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60x10=60 A
Điện áp nạp nhỏ Un=16,2 V
+ Mắc hỗn hợp 10 ắc quy thành 2 dãy song song, mỗi dãy có 5 ắc qui nối tiếp
với nhau
Dòng điện nạp In=0,1x60x2=12 A
Điện áp nạp Un=16,2x5=81 V
Nhận xét:
Như vậy chúng nếu chúng ta dùng cách mắc 10 ắc qui nối tiếp với nhau thì dòng điện
nạp trong quá trình ổn dòng nhỏ In=6A còn điện áp nạp khi nạp ở chế độ ổn áp sẽ rất
lớn Un=162 V.Phương pháp này không thoả mãn yêu cầu của công nghệ vì điện áp
nạp lớn. Còn với cách mắc 10 ắc quy thành 10 chiếc song song với nhau thì dòng điện
nạp rất lớn (In= 60A) còn điện áp nạp nhỏ( Un=16,2V). Phương pháp này thoả mãn
yêu cầu của công nghệ nhưng do dòng điện quá lớn nên chúng ta phải chọn van chịu

được công sất lớn, do vậy sẽ không đạt được về vấn đề kinh tế.Từ đó chúng ta thấy :
Phương pháp tối ưu nhất vừa đáp ứng được yêu cầu của công nghệ vừa đạt được hiệu
quả kinh tế là phương pháp mắc hỗn hợp.

CHƯƠNG II
Các Phương án chỉnh lưa

16


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
1 : Lựa chọn bộ biến đổi :
Vì nguồn điện lưới là nguồn điện xoay chiều nên muốn nạp được dòng điện cho
acquy thì ta phải dùng bộ chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1
chiều để cung cấp cho tải một chiều (ở đây là nguồn nạp điện cho acquy).
- Thường sử dụng 2 loại chỉnh lưu dòng điện là chỉnh lưu 3 Pha và chỉnh lưu 1 Pha.
1.1/ Đối với chỉnh lưu 3 Pha
Gồm có chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng,chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng và chỉnh
lưu 3 pha hình tia.
Người ta thường dùng chỉnh lưu 3 pha khi tải công suất lớn và có yêu cầu kỹ thuật cao
như độ đập mạch của điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao.Sử dụng chỉnh lưu
3 pha thì không làm lệch pha nguồn điện lưới.
1.2/ Đối với chỉnh lưu 1 pha
-Gồm sơ đồ

:

+cầu 1 pha đối xứng
+cầu 1 pha không đối xứng.

Người ta thường sử dụng sơ đồ cầu 1 pha khi tải cần cung cấp có công suất nhỏ, nên
nó không ảnh hưởng đến nguồn điện cung cấp.
- Trong đồ án này, em thiết kế khối nguồn chỉnh lưu với yêu cầu cung cấp cho tải một
điện áp từ 12v  165v, dòng điện 1 chiều từ 860A. Khi đó dòng điện nạp Inap = IC10
= 0,1 . 60 = 6A
Ta chọn bình acquy loại 12v, với 6 ngăn, điện áp mỗi ngăn vào khoảng từ 22,4v (khi
đã được nạp no). Khi đó điện áp nguồn nạp cho 1 bình acquy phải thoã mãn: Un ≥ 2,7
Naq


Unap ≥ 2,7 . 6 = 16,2 v

Un

: điện áp nạp.

Naq

: số ngăn acquy đơn.

 Ta có 2 cách nạp cho acquy:
Cách 1: Mắc liền 10 bình acquy nối tiếp nhau.
Ud = 16,2 . 10 = 162 v  điện áp quá lớn.
Id = 6A  dòng điện quá nhỏ.
Cách này không khả thi do dòng nạp quá thấp mà điện áp nạp quá lớn.

17


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

Cách 2: ta mắc hỗn hợp nối tiếp và song song các bình acquy với nhau, chia làm 2 cặp
mắc song song với nhau, mỗi cặp gồm 5 bình mắc nối tiếp nhau.

Cách mắc hỗn hợp các bình ắc quy
Do đó Udmax = 16,2 .5 =81 V
Idmax = 6 .2 =12A
→ công suất của mạch : P = U .I = 81 . 12 =972 (w) = 0.972 (Kw)
Vì theo đầu bài là thiết kế mạch nguồn nạp ắc quy tự động ,tức là khi ắc quy đói thì
phải tự động nạp đầy cho ắc quy, còn khi ắc quy no thì sẽ tự động ngắt.Tất cả điều này
đều phải tự động nên ta chọn mạch chỉnh lưu có điều khiển.
Như ta đã tính ở trên P =0.972 Kw < 5Kw nên ta chon phuơng án mạch chỉnh lưu cầu
một pha, có hai phương án chỉnh lưu :
+ chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha đối xứng
+ chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha không đối xứng
2 : Phân tích sơ đồ chỉnh lưu :
2.1: Chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha đối xứng
a. Sơ đồ nguyên lý

18


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
id

iT1

L
iT2
U2

Ud

iT4

E
R

iT3

Trong sơ đồ cầu 1 pha đối xứng có tiristor : + T1 ,T2 là nhóm đấu katot chung
+ T3 ,T4 là nhóm đấu anôt chung
b. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Trong nửa chu kỳ đầu ,khi U2 >E điện áp anot của tiristo T1 dương,lúc đó
catot của T2 âm,nếu có xung điều khiển cả 2 van T1 , T2 đồng thời thì các van này sẽ
được mở thông để đặt điện áp lưới lên tải T1 , T2 sẽ dẫn đến khi U2 Trong nửa chu kỳ sau,khi U2 của T4 âm nếu có xung điều khiển cả hai van T3 ,T4 đồng thời thì các van này sẽ mở
thong để đặt điện áp lưới lên tải.
-

Giá trị trung bình của điện áp tải :
Ud =

-

2 2U 2
cos ỏ=0.9 U 2
π

Dòng trung bình qua tiristo :

I tb =

Id
2

- Dòng hiệu dụng qua van
I hd = I d 2

- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van
U n max = U 2 2
c. Dạng điện áp

19


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
U2

0

2 II

II

Ud

0

id

t

2II

II

Id

0

t

i

T1,3

0

t

i

T2,4

0

2II

t

i2

0

t

* Khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn
-Hiện tượng trùng dẫn là hiện tượng có 2 hay nhiều van trong cùng một nhóm dẫn điện
- Hiện tượng trùng dẫn xảy ra do ảnh hưởng của điện kháng anot Xa.

20


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

Ud

0

id

t2

t4

II

t1

t

2 II

t3

Id
i T1

i T3

0

t

+ xét tại thời điềm t1=t2 thì T1 và T2 dẫn cho dòng chảy qua , iT2=Id ,điện áp chỉnh lưu
Ud=U2. Trong khoảng 0 ÷ t3, do Ld= ∞ dòng vẫn duy chì qua T1 và T2 do năng lượng
tích trữ trong điện cảm Ld , khi đó Ud=U2 < 0 .
+ Tại thời điểm t = t3 , đưa xung điều khiển mở T3,T4 , do sự có mặt của điện kháng
anôt Xa nên dòng iT1,iT2 khônng thể giảm từ Id xuống 0 mà dòng iT3 và iT4 cũng không
thể đột ngột tăng từ 0 lên Id được. Lúc này cả 4 tiristor đều mở cho dòng chảy qua ,gây
ngắn mạch tải , nguồn U2 cũng bị ngắn mạch.
KL: vậy hiện tượng trùng dẫn đã làm méo điện áp chỉnh lưu , trong khoảng trùng dẫn
năng lượng tích trữ được trả về lưới.
+ Khi không trùng dẫn : U d = U do . cosỏ=
+Khi có trùng dẫn :

U =U
d

do

2 2U 2
Π

cos α

. cos α − ∆U d = U d − ∆U d =

2 2U 2
Π

cos α − ∆U d

trong đó : ÄUd = 2 X a I d
Π

2.2: Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
a. Sơ đồ nguyên lý

21


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động

T1

Id
D1

L

i2
U2

Ud

T2

E
R

D2

Trong sơ đồ gồm 2 tirisitor, 2 điôt chia thành hai nhóm :
+ nhóm katot chung T1,Đ1
+ nhóm anôt chung T2, Đ2
b. Nguyên lý hoạt động
ở nửa chu kỳ đầu, khi U2 > E nếu có xung tới mở tiristo T1 xuất hiện dòng chạy
qua T1 ,D1.
ở nửa chu kỳ sau, khi U2 >E nếu có xung điều khiển mở tiristo T2 thì T2 ,D2 thông
cho phép dòng qua tải.
Điện áp trung bình đặt lên tải

:U d =

U do (1 + cos α)
2

Với U do = 0.9U 2

c.Dạng điện áp:

22


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
Ud

0

id
0

i

II

t

2 II

Id

t

T1

0

i

t

D2

0

i

t

T2

0

i

t

D1

i2
0

t

t

d.Nhận xét ưu nhược điểm của sơ đồ chỉnh lưu 1 pha
-Với việc thiết kế chế tạo bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển tiristor cho mạch nguồn nạp

ắc quy tự động . Qua việc phân tích các sơ đồ chỉnh lưu ta thấy sơ đồ chỉnh lưu cầu
một pha không đối xứng có những ưu điểm sau:
+tiết kiệm năng lượng hơn(hệ số cos cao hơn chỉnh lưa điều khiển)
+số van điều khiển ít hơn một nửa so với sơ đồ cầu đối xứng nên giảm được giá
thành thiết bị biến đổi, sơ đồ điều khiển cũng đơn giản hơn, số kênh điều khiển van
giảm .Và cũng giảm các phần tử bảo vệ cho tiristor do dùng một nửa số van là điot

23


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
+ Sơ đồ cầu đối xứng và sơ đồ cầu không đối xứng có chất lượng điện áp và dải
điều chỉnh là như nhau .
+Thứ cấp máybiến áp chỉ có một cuộn dây so với 2 cuộn dây trong sơ đồ có điểm
trung tính nên việc thiết kế chế tạo biến áp nguồn trở nên đơn giản hơn .
KL: Với những ưu điểm của các mạch chỉnh lưu và các nhận xét trên ta đi đến
chọn phương án chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng .Sơ đồ này đáp ứng
đầy đủ yêu cầu kỹ thuật về điện áp chỉnh lưu , bên cạnh đó chi phí giá thành cho việc
lựa chọn thiết bị lại rẻ hơn. Hệ số cosỏ của sơ đồ không đối xứng cao hơn sơ đồ đối
xứng.

24


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tao bộ nguồn nạp ắc quy tự động
CHƯƠNG III
tính toán và Thiết kế mạch lực
Chọn dòng nạp là In=10%=6A(trong 10h)
Chọn phương án mắc 10 bình thành 2 nhánh song song nhau mỗi nhánh gồm 5 bình
nối tiếp nhau vậy:

điện áp nạp:

Uđm = 2,7*6*5=81 V (1bình 12v gồm 6 ngăn)

dòng điện nạp: Iđm =10%60.2= 12 A
Để lựa chọn mạch chỉnh lưu chi tiết cần biết khá nhiều yêu cầu kĩ thuật và các chi tiết
cụ thể.Tuy nhiên những yêu cầu này thường khó nắm bắt được đầy đủ,vì vậy khi thiết
kế chỉ cần dựa vào một số yêu cầu tốt thiểu để đưa ra một vài phương án mạch lực đủ
cho thiết kế sơ bộ ban đầu.sau đó tiến hành thiết kế các chi tiết khác. Vậy ta chọn
phương án chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển.
Các yêu cầu tối thiểu:
Điện áp ra tải định mức :Udđm=81 V
Dòng điện định mức : Iđm =12A
Nhiệt độ môi trường làm việc: tmt =300
1/ Chọn sơ đồ thiết kế :
Từ yêu cầu của đề tài và những phân tích ở trên thì ta chọn mạch chỉnh lưu cầu 3 pha
bán điều khiển dùng tiristo.sơ đồ mạch lực như H 3.1
Từ sơ đồ trên ta có Ud = 2.34U2(

1 + cos 30
2

)

Giả sử với góc ỏ là nhỏ nhất ỏ = 300
Ud = 2,34.220(

1 + cos 30
2

) = 480.3V

Vậy với mạch chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều như trên la phù hợp.
Đồ thị của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều ứng với các góc mở có dạng như sau :

25