Tổng quan về Acquy tự động

Chơng i: giới thiệu chung về ắc
qui và các phơng pháp nạp ắc qui
I.1: ứng dụng của ác qui:
ắc qui là một nguồn điện đợc trữ năng lợng điện dới dạng hoá, nó
cung cấp điện cho các thiết bị điện phục vụ trong công nghiệp cũng nh trong
đời sống hàng ngày: nh cung cấp điện cho động cơ điện, bóng đèn, là nguồn
nuôi cho các thiết bị điện tử.
Cấu tạo của ắc qui.
ắc qui là một nguồn điện hoá, sức điện động của ắc quy phụ thuộc
vào vật liệu cấu tạo bản cực và chất điện phân, với ắc qui chì axit sức điện
động danh định của một ắc qui đơn là 2,1vôn. Muốn tăng khả năng dự trữ
năng lợng của ắc qui ngời ta tăng số lợng cặp bản cực dơng âm trong mỗi ắc
qui đơn. Để tăng giá trị sức điện động của nguồn ngời ta ghép nối nhiều ắc
qui đơn thành mộ bình ắc qui.
-

+

Hình 1.1: Cấu tạo của ắc qui.

I.2. Cấu tạo của ắc qui:
Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dơng,
phân khối bản cực âm, các tấm ngăn. Phân khối bản cực do các bản cực cùng
tên ghép lại với nhau. Cấu tạo của một bản cực trong ắc qui gồm có phần
khung xơng và chất tác dụng trát lên nó. Khung xơng của bản cực âm và bản
1


cực dơng có cấu tạo giống nhau, chúng đợc đúc từ chì và chúng đợc đúc từ
chì và có pha thêm 5 ữ 8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình mắt lới.

2

3

Hình 1.2: Cấu tạo bản cự của ắc qui.
1. Vấu bản cực
2. Chất tác dụng
3. Cốt bản cực

Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc.
Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3 % chất nở ( các muối
hu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà
cải thiện đợc độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản
cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực
cũng đợc tăng thêm . 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, các bản
cực âm đợc hàn với nhau thành khối bản cực âm. Số lợng các bản cực trong
mỗi ắc qui thờng từ 5 đến 8 tấm, bề dầy tấm bản cực dơng của ắc qui thờng
từ 1,3 đến 1,5 mm , bề dày tấm bản cực âm thờng mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm
. Số bản cực âm trong ắc qui thờng nhiều hơn số bản cực dơng một bản nhằm
tận dụng triệt để 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. Tấm ngăn đợc làm bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8
đến 1,2 mm và có dạng lợn sóng, trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phép
dung dịch điện phân thông qua.
I.3: Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui
ắc qui là nguồn năng lợng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng
lợng dới dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng. Quá
trình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện, quá
2

trình ắc qui dự trữ năng lợng đợc gọi là quá trình nạp điện. Phản ứng hoá học
biểu diễn quá trình chuyển hoá năng lợng.
Thông thờng có 2 loại acquy đợc sử dụng phổ biến trong thực tế là acquy
axit và acquy kiềm có bản cực đợc làm bằng các kim loại và hợp kim sau:
Axít
Chì
Pb
Pb,PbO2
2,0

Anốt
Catốt
S.đ.đ{V}

Kiềm
Bạc- Kẽm
Zn
Ag,Ag2O2
1,6

Niken-sắt
Fe
C,NiOOH
1,36

Niken-Cađimi
Cd
C,NiOOH

1,3

I.3.1:Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit:
Trong ắc qui axit có các bản cực dơng là đôixit chì ( PbO2 ), các bản âm
là chì ( Pb ), dung dich điện phân là axit sunfuaric ( H 2SO4 ) nồng độ d = 1,1
ữ 1,3 %
(- ) Pb

H2SO4 d = 1,1 ữ 1,3

PbO2 (+ )

Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit :
PbO2 + 2H2SO4 + Pb

Phóng
Nạp 2PbSO4 + 2H2O

Thế điện động e = 2,1 V.
I.3.2: 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 ( + )

Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui kiềm :
Fe + 2Ni(OH)3

Phóng
Nạp

Thế điện động e = 1,4 V.
Nhận xét:

3

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


Trong các quá trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi.
Khi ắc qui phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc qui
nạp điện nồng độ dung dịch điện phân tăng 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.
I.3.3:Các thông số cơ bản của ắc qui:
- Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ
dung dịch điện phân. Ngời ta thờng sử dụng công thức kinh nghiệm
Eo = 0,85 + ( V )
Trong đó:
Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V ).
- Nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm3 ).

+Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc qui đợc tính
theo công thức:
Ep = Up + Ip.
Trong đó :
Ep - Sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V )
Ip - Dòng điện phóng ( A )

Up - Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)
raq - Điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( )
+Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc qui đợc tính theo
công thức:
En = Un - In.raq
Trong đó :
En - Sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )
In - Dòng điện nạp ( A )
Un - Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện ( V )
raq - Điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( )
- Dung lợng phóng của ắc qui là đại lợng đánh giá khả năng cung cấp
năng lợng điện của ắc qui cho phụ tải, và đợc tính theo công thức :
Cp = Ip.tp
Trong đó :
Cp - Dung dịch thu đợc trong quá trình phóng ( Ah )

4


Ip - Dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp
( A)
tp - 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 và đợc tính theo công thức :
Cn = In.tn
Trong đó :
Cn - dung dịch thu đợc trong quá trình nạp ( Ah )
In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )
tn - thời gian nạp điện ( h ).
-Nội trở Ro, đơn vị là Ôm ( )

Nội trở là điện trở trong của acquy. Nội trở của acquy phụ thuộc vào tỷ
trọng, bản cực lớn hay nhỏ, tính chất tấm cách điện, khoảng cách giữa hai
bản cựcv.v
Dung lợng càng lớn, nội trở càng nhỏ. Nhiệt độ, tỷ trọng càng tăng nội trở
càng nhỏ vì vậy nên khi nạp điện nội trở giảm theo tỷ trọng và nhiệt độ tăng.
Khi phóng điện nội trở tăng vì tỷ trọng và nhiệt độ giảm.
Mỗi ngăn acquy kiềm có Ro=0,05-1
Mỗi ngăn acquy axít có Ro=0,001-0,0015 khi nạp đầy và Ro=0,02 khi
phóng điện đến điện áp ngừng phóng điện của acquy .
Dới đây là nội trở của một số bình acquy axít có dung lợng khác nhau:
Dung lợng(Ah)
Nội trở Ro ()
1-2
0,01-0,04
10
0,005-0,01
50
0,025-0,008
100
0,001-0,0065
1000
0,0002-0,0007
5000
0,00006-0,00002
10000
0,000035-0,0008
15000
0,000001-0,00003
- Hiệu suất :Acquy không thể phóng ra toàn bộ điện năng đã hấp thụ đợc vì có những tổn thất dới đây:
+Do tác dụng của điện phân ở thời kỳ cuối khi nạp điện, nớc biến thành

ôxy và hiđrô sủi bọt, tổn hao một phần điện năng.
+Tổn hao một phần điện năng vì dò điện và phóng điện nội bộ.
+Khi nạp điện acquy có nội trở nên tiêu hao hết một phần năng lợng .
Hiệu suất của acquy là tỷ số giữa toàn bộ điện năng phóng và toàn bộ điện
năng nạp. Có 2 loại hiệu suất;
5


+Hiệu suất dung lợng( hiệu suất Ampe-giờ)
Ah =

I pt p
I ntn

.100% =

Cp
Cn

.100%

acquy axit có =75-80%
acquy kiềm có =50-60%
+ Hiệu suất điện năng(hiệu suất oát)
w =

I p t pU ptb
I n t nU ntb

.100% = Ah

Trong đó :
I p - dòng điện phóng

U ptb
U ntb

.100%

t p - thời gian phóng
U ptb - điện áp phóng trung bình
I n - dòng điện nạp
t n - thời gian nạp
U ntb - điện áp nạp trung bình

I.4. Đặc tính phóng nạp của ắc qui:
I.4.1. Đặc tính phóng của ắc qui.
I (A) E U (V)

10

Khoảng nghỉ

2,11
1,95

E
U

P

1,75

Vùng phóng điện cho phép
5

CP = IP.tP
0

4

8

12

t
8

20

Hình 1.3: Đặc tính phóng của ắc qui.

6


- Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của
sức điện động, điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian
phóng khi dòng điện phóng không thay đổi .
- Từ đặc tính phóng của ắc qui nh trên hình vẽ ta có nhận xét sau:
+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 phóng điện cho phép tơng ứng với mỗi chế độ phóng điện
của ắc qui ( dòng điện phóng ) của ắc qui.
- Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta tiếp
tục cho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của ắc qui sẽ
giảm rất nhanh. Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO 4) 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 ắc qui sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng
điện cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up, tại tgh đợc gọi là các giá trị
giới hạn phóng điện của ắc qui. ắc qui không đợc phóng điện khi dung lợng
còn khoảng 80%.
- Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức
điện động, điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta
gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui. Thời gian hồi phục
này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc qui (dòng điện phóng và thời
gian phóng ).
I.4.2. Đặc tính nạp của ắc qui:
Đặc tính nạp của ắc qui 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.

7


.

I (A)

U,E (V)

Bắt đầu sôi
2,4V

2,7V
2,4V
Un
2

Khoảng
nghỉ
Eaq

2,1V
Eo

1,95V

Vùng
nạp no

Vùng nạp chính
10

1

Cn = In.tn

5

(2ữ3) h

0

10

ts

t

20

Hình 1.4: Đặc tính nạp của ắc qui.

- Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :
+Trong khoảng thời gian từ t n = 0 đến tn = ts thì sức điện động, điện áp,
nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.
+Tới thời điểm tn = ts 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
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 đợc biến đổi tuần
hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng điện của ắc qui.
+Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ữ 3 h trong
suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung
dịch điện phân không thay đổi . Nh vậy dung lợng thu đợc khi ắc qui phóng
điện luôn nhỏ hơn dung lợng cần thiết để nạp no ắc qui.
+Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc qui, nồng độ
dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là
khoảng nghỉ của ắc qui sau khi nạp.

8


+Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắc
qui. Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C20 .
Những dấu hiệu cho thấy acquy đã đầy điện :
- Hiện tợng sủi bọt rất mạnh xảy ra xung quanh cực âm và cực dơng.
- Tỷ trọng đạt 1,12-1,22 đối với acquy cố định và 1,25-1,30 đối với acquy
di động.
- Hiệu điện thế đạt 2,7-2,8V và ổn định trong suốt 3 h
- Dung lợng nạp vào gấp 1,2-1,3 lần dung lợng định mức.
I.5.Các phơng pháp nạp ắc qui tự động.
Có ba phơng pháp nạp ắc qui là:
+

Phơng pháp dòng điện.

+

Phơng pháp điện áp.

+

Phơng pháp dòng áp.

I.5.1. Phơng pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.

9

_

A
_
+

V Un

D

D
D
+

R

A

_

....

R

A

_

+

....

+

Hình 1.5: Nạp với dòng điện không đổi.
Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với
mọi loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui đợc no. Đây là phơng pháp sử dụng
trong các xởng bảo dỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa
cho các ắc qui bị Sunfat hoá. Với phơng pháp này ắc qui đợc mắc nối tiếp
nhau và phải thoả mãn điều kiện :
Un 2,7.Naq
Trong đó:
Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc qui tăng dần lên, để duy trì
dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới
hạn của biến trở đợc xác định theo công thức :

R=

U n 2,0 N aq
In

10


Nhợc điểm của phơng pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian
nạp kéo dài và yêu cầu các ắc qui đa vào nạp có cùng dung lợng định mức.
Để khắc phục nhợc điểm thời gian nạp kéo dài, ngời ta sử dụng phơng pháp
nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trờng hợp hai nấc,

dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ữ 0,5 )C20 tức là nạp cỡng bức
và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là
0,05C20.
I.5.2. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi.
Phơng pháp này yêu cầu các ắc
qui đợc mắc song song với nguồn
U
n
nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp
không đổi và đợc tính bằng (2,3V ữ
2,5V) cho mỗi ngăn đơn. Phơng
pháp nạp với điện áp không đổi có
thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự
động giảm theo thời gian. Tuy nhiên
dùng phơng pháp này ắc qui không
đợc nạp no. Vì vậy nạp với điện áp
không đổi chỉ là phơng pháp nạp bổ
xung cho ắc qui trong quá trình sử
dụng.

A

V

Hình 1.6: Nạp với điện áp không đổi.

11


I.5.3. Phơng pháp nạp dòng áp.

Đây là phơng pháp 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 đổi và chuyển hoá đợc tự động diễn ra theo một trình tự
đã đặt sẵn thì ta chọn phơng án nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp.
- Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nh hiệu suất nạp thì
trong khoản thời gian tn = 16h tơng ứng với 75 ữ 80 % dung lợng ắc qui ta nạp
với dòng điện không đổi là In = 0,1C20. Vì theo đặc tính nạp của ắc qui trong
đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít
thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 16h
ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp
đợc 20h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 ữ 3h.
- Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống nh ắc qui axit nhng do khả
năng quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In
= 0,1C20 hoặc nạp cỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,25C20 .
Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi
nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ
từ giảm về không.
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 làm sôi ắc qui dẫn đến hỏng hóc
nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp
cho ắc qui.
- Khi dung lợng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục
giữ ổn định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nớc. Do đó đến giai đoạn này
ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp đợc giữ
cho đến khi ắc qui đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui bằng
với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá
trình nạp.

- Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau
+ ắc qui axit : - Dòng nạp ổn định In = 0,1C20
- Dòng nạp cỡng bức In = ( 0,3 ữ 0,5 )C20.
+ ắc qui kiềm :- Dòng nạp ổn định In = 0,1C20


- Dòng nạp cỡng 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 qui với dòng điện không đổi.
+ Dòng điện nạp In = 0,1x40 = 4A
Số lợng ắc qui là 100 chiếc, chúng ta có thể có 3 cách mắc để nạp điện
cho ắc qui.
+ Mắc 100 ắc qui nối tiếp với nhau.
Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x40=4A
Điện áp nạp lại rất lớn Un=100x16,2=1620A
+ Mắc 100 ắc qui song song với nhau:
Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x40x100=400A
Điện áp nạp nhỏ Un=16,2V
+ Mắc hỗn hợp 100 ắc qui thành 5 dãy song song, mỗi dãy có 20 ắc qui
nối tiếp với nhau
Dòng điện nạp In=0,1x40x5=20A
Điện áp nạp Un=16,2x20=324V

Nhận xét:
Nh vậy chúng nếu chúng ta dùng cách mắc 100 ắc qui nối tiếp với nhau
thì dong điện nạp trong quá trình ổn dòng nhỏ In=2A còn điện áp nạp khi nạp ở
chế độ ổn áp sẽ rất lớn Un=1620V.Phơng pháp này không thoả mãn yêu cầu
của công nghệ vì điện áp nạp quá lớn. Còn với cách mắc 100 ắc qui thành 100
chiếc song song với nhau thì dòng điện nạp rất lớn (In=200A) còn điện áp nạp
nhỏ( Un=16,2V). Phơng pháp này thoả mãn yêu cầu của công nghệ nhng do

dòng điện quá lớn nên chúng ta phải chọn van chịu đợc công suất lớn, do vậy sẽ
không đạt đợc về vấn đề kinh tế. Phơng pháp tối u nhất vừa đáp ứng đợc yêu
cầu của công nghệ vừa đạt đợc hiệu quả kinh tế là phơng pháp mắc hỗn hợp.


`
_

A Un

D
+

A

VR
_
_

_

.....

+

.....

+

.....

+

Hình 1.7: Phơng pháp đấu nối ắc qui để nạp điện

Chơng II: các phơng án lựa chọn
mạch lực.
Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lu với
mục đích biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều. Các loại bộ biến
đổi này có thể là chỉnh lu không điều khiển và chỉnh lu có điêu khiển. Với mục
đích giảm công suất vô công, ngời ta thờng mắc song song ngợc với tải một
chiều một diod (loại sơ đồ này đợc gọi là sơ đồ có diod ngợc). Trong các sơ đồ
chỉnh lu có diod ngợc, khi có và không có điều khiển, năng lợng đợc truyền từ
phía lới xoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh lu đó chỉ có thể làm
việc ở chế độ chỉnh lu. Các bộ chỉnh lu có điều khiển, không diod ngợc có thể
trao đổi năng lợng theo cả hai chiều. Khi năng lợng truyền từ lới xoay chiều
sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lu, khi năng lợng truyền


theo chiều ngợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lới xoay chiều) thì bộ
nguồn làm việc ở chế độ nghịch lu trả năng lợng về lới.
Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh lu thành một
hay ba pha. Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lu là: dòng điện và điện áp
tải; dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch trong một
chu kỳ. Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một chiều, hay
xoay chiều, có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một chiều hay,
xoay chiều. Số lần đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài
thấp nhất của điện áp chỉnh lu với tần số điện áp xoay chiều.
Theo hình dạng các sơ đồ chỉnh lu, với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có
thể phân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau.

II.1: mạch chỉnh lu điều khiển đối xứng cầu 3pha
II.1.1: Sơ đồ:


Uc

UB

UA

Uc

Ub

Ua

T4

T1

T6

T3

T2

T5

Rd

H×nh 2.5: M¹ch chØnh lu ®iÒu khiÓn ®èi xøng cÇu 3F.

II.1.2: D¹ng ®iÖn ¸p:


UG
U G1

t

U G2

t

U G3

t

U G4

t

U G5

t

U G6

T1

U

T3

T5

T1

t

t

T2

T6

Ud

T4

T6

T2

Id

t

I T1,T4

t

IT1

IT4

IT1

I T3,T6

t

IT6

IT3

IT6

I T2,T5

t

IT5

Ung

IT2

IT5

IT2
t

t

II.1.3: Nguyªn lý ho¹t ®éng.


Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 1.11a có thể coi nh hai
sơ đồ chỉnh lu tia ba pha mắc ngợc chiều nhau, ba Tiristor T1,T3,T5 tạo thành
một chỉnh lu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn T2,T4,T6 là
một chỉnh lu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lu này ghép
lại thành cầu ba pha.
Theo hoạt động của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện
chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm
cần mở Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở
nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)). Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình
1.11b cần mở Tiristor T1 của pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời
tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristor T4 của pha B phía catod các thời
điểm tiếp theo cũng tơng tự. Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng
cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha.
Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ đợc chạy từ pha
có điện áp dơng hơn về pha có điện áp âm hơn. Ví dụ trong khoảng t1 ữ t2 pha
A có điện áp dơng hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4
dòng điện dợc chạy từ A về B.
Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van
của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho
nhau. Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1 ữ t3 nh trên hình 1.11b Tiristor
T1 nhóm anod dẫn, nhng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 ữ t2 còn T6

dẫn tiếp trong khoảng t2 ữ t3.
Điện áp ngợc các van phải chịu ở chỉnh lu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van
dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá. Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 (đờng
cong cuối cùng của hình 1.11b) trong khoảng t1 ữ t3 van T1 dẫn điện áp bằng
0, trong khoảng t3 ữ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngợc UBA, đến
khoảng t5 ữ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngợc UCA.
Khi điện áp tải liên tục, nh đờng cong Ud trên hình 1.11b trị số điện áp tải
đợc tính theo công thức .II.1.4
Khi góc mở các Tiristor lớn lên tới góc > 600 và thành phần điện cảm của
tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn nh các đờng nét đậm trên hình 1.11d
(khi góc mở các Tiristor =900 với tải thuần trở). Trong các trờng hợp này
dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận
theo điện áp dây đặt lên chúng (các đờng nét mảnh trên giản đồ Ud của các
hình vẽ 1.11b, c, d), cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân
cực ngợc nên chúng tự khoá.


II.1.4: Một số công thức cơ bản.
- Dòng điện áp trên tải: Ud = Udocos = 2,34U2cos .
- Dòng điện trên tải: Id =

Ud
.
Rd

- Dòng điện trung bình qua van: IT =

Id
.
3

- Điện áp ngợc đặt lên van: Ung = 2,45U2.
- Dòng điện phía thức cấp: I2 = 0,816Id.
- Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 0,816Id.Kba.
- Công suất máy biến áp: Sba =1,05Pd.
- Công suất tải: Pd = UdoId.
Nhận xét.
Mạch chỉnh lu điều khiển đối xứng cầu 3F thờng đợc sử dụng rộng dãi
trong thực tế, mạch cho ra chất lợng điện áp bằng phẳng, dòng điện chạy qua
tải liên tục trong suốt quá trình làm việc. Mạch chỉnh lu này thờng đợc áp dụng
với những mạch có công suất lớn vì dòng điện chạy qua mỗi van chỉ chạy
trong 1/3 chu kỳ.

I.2: mạch chỉnh lu điều khiển hình tia 3pha
II.2.1: Sơ đồ.


`
A

B

C

a

T1

b

T2

c

T3
Rd

Ld

H×nh2.6:M¹ch chØnh lu ®iÒu khiÓn ®èi xøng tia 3F

II.2.2: D¹ng ®iÖn ¸p.


UG



G1



G2



G3

G1
t

U
0



2

3

t

Ud
I T1 t 0

t1

t2

I T2

t3

t4

t

t

I T3

t

Id

t

t

II.2.3: Nguyên lý hoạt động.
Khi biến áp có ba pha đấu sao ( ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van nh
hình, ba catod đấu chung cho ta điện áp dơng của tải, còn trung tính biến áp sẽ
là điện áp âm. Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 120 0 theo các đờng cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dơng hơn điện áp của
hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 120 0 ). Từ đó thấy rằng, tại mỗi
thời điểm chỉ có điện áp của một pha dơng hơn hai pha kia.
Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào
dơng hơn van đó mới đợc kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau
đợc coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các Tiristior chỉ đợc mở


thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (nh vậy trong chỉnh
lu ba pha, góc mở nhỏ nhất = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là
300).
Theo hình tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, nh vậy mỗi van dẫn
thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục ( đờng cong I1,I1,I3 trên hình),
còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn. Tuy
nhiên trong cả hai trờng hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng 1/3.Id.
Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong

khoảng van khoá dòng điện van bằng 0. Điện áp của van phải chịu bằng điện
dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn. Ví dụ trong khoảng t2 ữ t3
van T1 khoá còn T2 dẫn do đó van T1 phải chịu một điện áp dây U AB, đến
khoảng t3 ữ t4 các van T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp dây
UAC.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc
góc mở của các Tiristor. Nếu góc mở Tiristor nhỏ hơn 300, các đờng cong
Ud, Id liên tục, khi góc mở lớn hơn > 300 điện áp và dòng điện tải gián đoạn .
Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các đờng
cong liên tục, nhờ năng lợng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện
khi điện áp đổi dấu.
II.2.4: Các công thức cơ bản:
- Điện áp trên tải
Ud = 1

2

2

U
0

d

(t )d ( t ) =

5
+
6

3
2



+

2 .U 2 . sin(t )d ( t )

6

= 3 2U 2 . 3. cos = 3 6 U 2 cos
2

2

- Dòng điện trên tải: I d =

Ud
Rd

- Dồng điện qua van: I T =

Id
3

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu: U d 0 = 1,17U 2
- Điện áp ngợc trên van: U ng = 2,45U 2
- Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id
- Dòng điện phía sơ cấp:I1 = 0,47Id.Kba

- Công suất tải: Pd = Ud0.Id


- Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd
Nhận xét:
Mạch chỉnh lu có điều khiển tia 3F có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt
động đợc cần mắc biến áp để đa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc
trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ. Mạch dùng
nguồn 3F nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe.
So với chỉnh lu một pha, thì chỉnh lu tia ba pha có chất lợng điện một
chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao
bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng hợp này cũng tơng đối đơn
giản. Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có biến
áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối
xứng làm cho công suất biến áp phải lớn (xem hệ số công suất bảng 2), nếu ở
đây biến áp đợc chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn lớn
hơn nhiều. Khi chế tạo biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải đợc đấu
với dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ thì dây trung tính chịu
dòng điện tải.

Uc

UB

UA

II.3: Chỉnh luUcầu U
3 phaUbán điều khiển
c

b

a

D4 lí :
II.3.1: Sơ đồ nguyên

T1

D6

T3

D2

T5

Rd

Ld

Hình 2.5: Mạch chỉnh lu điều khiển không đối xứng cầu 3F.


II.3.2: D¹ng ®iÖn ¸p:


II.3.3: Nguyªn lÝ ho¹t ®éng: