thiết kế chế tạo bộ nguồn lưu điện ups online

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

LỜI NÓI ĐẦU
Trong cuộc sống hiện nay sự phát triển của thế giới đi kèm theo là vấn đề về sự đáp
ứng của nguồn năng lượng. Khi những sự cố mất điện bất ngờ như vậy có thể ảnh hưởng
trực tiếp tới các thiết bị dùng điện, đặc biệt ảnh hưởng tới tuổi thọ các thiết bị điện tử
nhạy cảm như hệ thống thông tin, điều khiển công nghiệp, cũng như có thể gây những hậu
quả nghiêm trọng hơn ví dụ như dừng hoạt động của hệ thống đèn tín hiệu giao thông ,
mất dữ liệu trên máy tính hoặc server....
Vì vậy phải tìm cách tăng chất lượng nguồn năng lượng cho các thiết bị. UPS
(Uninterruptible Power Supply) ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu cung cấp một nguồn điện
liên tục cho các thiết bị điện trước các sự cố mất điện bất ngờ. Không những thế, UPS có
thể bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm bằng cách đưa ra các cảnh báo hoặc tắt thiết bị
theo đúng quy cách khi nguồn điện dự trữ sắp hết.
Trong đề tài này, chúng em nghiên cứu “Thiết kế bộ lưu điện UPS online” cung
cấp năng lượng trực tiếp đến phụ tải mà không cần chuyển mạch. UPS online giúp loại bỏ
những sự cố của điện lưới do điện áp đầu vào luôn được điều chế trước khi cấp cho tải sử
dụng. Nguồn điện lưới không cung cấp trực tiếp cho thiết bị mà được biến đổi thành dòng
điện một chiều nạp cho ắc quy và bộ nghịch lưu (Inverter). Bộ nghịch lưu sẽ tiếp tục biến
đổi dòng một chiều nhận được thành điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng. Như vậy
có thể thấy rằng khi lưới điện xảy ra bất kỳ sự cố nào thì thiết bị vẫn luôn được an toàn.
Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này, đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn đến
các thầy cô giáo trong khoa công nghệ tự động đặc biệt là cô giáo Nguyễn Thị Điệp đã
tận tình giảng dạy truyền đạt những kiến thức quý báu và tạo những điều kiện để em được
học tập tốt trong những năm tháng qua.
Trong quá trình làm đồ án, do thời gian còn hạn chế nên đồ án của chúng em không
thể tránh khỏi những thiếu sót, nên chúng em rất mong các thầy cô cũng như các bạn có
thể nêu ý kiến để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Lưu Trọng Hiếu

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

NHẬN XÉT
(Của giáo viên hướng dẫn)

……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân
Trang 2
.……………..………………………………………………………………………..
SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức
……………………………………………………………………………………….

…………..………………………………..
……………………………………………………………………………….
…………………………………………………

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

NHẬN XÉT
(Của giáo viên phản biện)

……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………….
.……………..………………………………………………………………………..
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân
Trang 3
SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức
……………………………………………………………………………………….

…………..………………………………..
……………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………….
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

MỤC LỤC

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 4

SVTH: Phạm Hào Kiệt

Nguyễn Minh Đức

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Bảng chọn thiết bị
Bảng 1.2. Thông số thiết bị ac quy
Bảng 3.3. Bảng thông số thiết bị
Bảng 3.4. Bảng thông số thiết bị
Bảng 3.5. Thông số thiết bị IGBT
Bảng 3.6. Bảng thông số linh kiện chính dùng trong mạch

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ UPS
1.1 Giới thiệu về UPS
UPS (Uninterruptible Power Supply) là một thiết bị có thể cung cấp liên tục điện

năng nhằm duy trì sự hoạt động của thiết bị sử dụng điện khi lưới điện gặp sự cố (mất
điện, sụt giảm điện áp quá thấp, sự cố khác...) trong một khoảng thời gian với công suất

giới hạn theo khả năng của nó.
Chức năng chính của UPS là đảm bảo cung cấp điện liên tục, ngoài ra còn có thêm
các chức năng sau:
-

Làm tăng chất lượng nguồn điện thông qua việc lọc và nắn lại các thay đổi đột ngột
của điện áp.

Th.slại
Tống
Thanh
Nhânquá tải cũng như ngắn
Trangmạch.
5
- GVHD:
Chống
hiện
tượng

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

-

Tự động tắt máy trong trường hợp nguồn điện dự trữ sắp hết.

-

Theo dõi trạng thái của nguồn điện, ghi lại các thông tin về các thay đổi của việc
cung cấp điện.

-

Đặt thời gian bật tắt cho thiết bị điện.

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.2 Phân loại UPS
1.2.1 UPS offline
UPS Offline là loại UPS mà điện lưới đầu vào đi qua công tắc chuyển mạch trước
khi cấp cho tải sử dụng. UPS lúc này chỉ sử dụng bộ sạc để nạp đầy điện cho ắc quy.
Trường hợp điện lưới không ổn định (quá cao, quá thấp hoặc mất điện) thì UPS sẽ tự
động chuyển mạch (thông qua rơ-le), dùng nguồn từ ắc quy cấp cho thiết bị để duy trì
hoạt động.

Hình 1.1. Sơ đồ tóm tắt nguyên lý của UPS offline
Nguyên lý làm việc
A,Khi không có sự cố:
- Nguồn điện lưới đầu vào thông qua một công tắc ngắt mạch (bypass) đến với
đường đầu ra.
- Nguồn điện từ pin được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều theo tham số phù hợp

với nguồn dùng.
B,Khi có sự cố mất điện lưới hệ thống:
-

Ác quy cung cấp cho mạch điện giao động để chuyển thành dòng điện xoay chiều tiếp tục
cung cấp cho thiết bị tiêu thụ. Công tắc ngắt điện khỏi nguồn lưới để chuyển sang dùng
điện từGVHD:
pin phải
đảm bảo khi ngắt hoàn toàn raTrang
khỏi
lưới điện mới được phép cung cấp
Th.s Tống Thanh Nhân
6
SVTH: Phạm Hào Kiệt

điện từ bộ inverter (trên thực tế thì các UPS này có hai “côngNguyễn
tắc chuyển
Minh Đứcmạch” kiểu như
trên dược điều khiển cùng lúc - trong kỹ thuật thường gọi là “rơ le”) bởi nếu không dòng
điện cung cấp từ pin sẽ phải cấp cho cả lưới điện địa phương - và cũng như máy phát
điện, hệ thống sẽ hư hỏng vì quá tải.
Nhược điểm của loại UPS offline là thời gian chuyển mạch từ khi sự cố điện lưới
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

cho đến khi nguồn pin cung cấp cho thiết bị tiêu thụ lớn khoảng 10 ms và không thể mở
rộng thời gian lưu điện bằng ắc quy lưu điện gắn trong và cả gắn ngoài.
1.2.2 UPS offline với công nghệ line interactive
Đây là loại UPS thông thường nhưng có thêm phần ổn áp bằng biến áp tự ngẫu.

Hình 1.2. Sơ đồ tóm tắt nguyên lý của UPS công nghệ Line interactive
Phần nhánh ắc quy và nghịch lưu không thay đổi, chỉ có phía bên nhánh cung cấp
điện cho thiết bị tiêu thụ điện ngoài phần khóa chuyển mạch còn được thông qua một biến
áp tự ngẫu.
Trong trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường có nghĩa là chúng xấp xỉ thông
số đầu ra ở lưới điện đại phương thì biến áp tự ngẫu lúc này có số vòng dây sơ cấp bằng
thứ cấp, do đó không có sự can thiệp nào vào điện áp đầu ra và UPS hoạt động như bình
thường.
Khi điện áp của lưới thấp hơn điện áp chuẩn hoặc điện áp của lưới điện cao hơn các
thông số chuẩn biến áp tự ngẫu sẽ chuyển sang một nấc khác, làm cho điện áp đầu ra đảm
bảo đúng thông số yêu cầu.
Trong trường hợp mất điện lưới thì UPS này sẽ chuyển mạch giống UPS offline
bình thường.
1.2.3 UPS online
GVHD:
Th.s Tống
Nhân hoạt động theo nguyên
Trang 7 tắc chuyển
SVTH:đổi
Phạm
Hàotừ
KiệtAC sang DC

UPS
Online
là Thanh
loại UPS
kép:
Nguyễn Minh Đức

sau đó chuyển ngược DC sang AC. Do đó nguồn điện cung cấp cho tải hoàn toàn do UPS
tạo ra đảm bảo ổn định về điện áp và tần số sóng ra luôn luôn là hình Sin. Điều này làm
cho các thiết bị điện hầu như được cách ly hoàn toàn với sự thay đổi của lưới điện.
Nguồn điện lưới lúc này không cung cấp trực tiếp cho các thiết bị mà chúng được
biến đổi thành điện một chiều tương ứng với điện áp của acquy. Sơ đồ bên dưới ta thấy
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

được rằng điện từ lưới thông qua bộ sạc biến đổi điện xoay chiều (AC) thành điện một
chiều (DC) nạp vào acquy rồi qua bộ nghịch lưu chuyển ngược lại thành điện xoay chiều
phù hợp với điện áp của thiết bị sử dụng.
UPS online không có thời gian chuyển mạch khi nối lưới và có thể kết nối với acquy
ngoài nên được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị quân sự, thông tin liên lạc, những thiết
bị cần thời gian sử dụng lâu, không có thời gian trễ.

Hình 1.3. Sơ đồ khối cấu trúc của UPS online
Chức năng các khối
-

Khối acquy cung cấp điện áp 24VDC cho mạch nghịch lưu và là thiết bị lưu trữ điện áp

-

để cung cấp cho mạch điện khi mất điện lưới.
Khối chỉnh lưu: chuyển dòng xoay chiều thành một chiều để cấp điện áp nạp cho acquy.
Khối chuyển đổi DC-DC: khuếch đại điện áp từ 24VDC lên 310 VDC cấp cho khối

-

nghịch lưu
Khối nghịch lưu: sử dụng mạch nghịch lưu áp một pha với van bán dẫn IGBT được điều
khiển bằng chip vi điều khiển PIC theo nguyên lý PWM nhằm biến đổi điện áp một chiều
310V thành điện áp xoay chiều 220V tần số 50Hz.
Như vậy, có thể thấy rằng trong bất kỳ sự cố nào về lưới điện thì UPS online cũng
có thể cung cấp điện cho thiết bị sử dụng mà không có một thời gian trễ nào. Điều này
làm cho thiết bị sử dụng rất an toàn, và ổn định. UPS online sẽ luôn luôn ổn định điện áp
Th.s Tống Thanh Nhân
8
Phạmxuống
Hào Kiệtmức điện áp
đầu ra GVHD:
bởi cũng
theo mạch thì điện áp đầu vào Trang
lúc này
đượcSVTH:

biến đổi
Nguyễn Minh Đức

ắc quy và chúng có công dụng như một ắc quy có dung lượng lớn vô cùng (nếu không bị
sự cố lưới điện).Vì vậy chỉ với các loại UPS online mới có công dụng ổn áp một cách triệt
để.

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

1.3 Lựa chọn phương án
1.3.1 Loại UPS
-Với quy mô của một đồ án tốt nghiệp, thời gian nghiên cứu và thi công, chúng em
lựa chọn thiết kế và thi công một bộ UPS online.
1.3.2 Thông số mạch UPS
-

Điện áp vào: 220V
Điện áp ra : 220V
Tần số: 50Hz
Acquy: 12Vdc
Thời gian lưu điện : 25 phút. Công suất: 350W dành cho các phụ tải như bóng đèn,

quạt hoặc nguồn cấp cho máy tính để bàn.

Chương 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC
2.1 Sơ đồ khối tổng thể mạch lực

Hình 2.1. Sơ đồ mạch UPS online
Ở chế độ bình thường thì ups sẽ vừa cấp điện trực tiếp cho điện lưới và vừa cấp điện
để sạc cho acquy thông qua mạch nạp acquy để acquy có đủ điện sau. Khi có sự cố xảy ra
làm mất điện lưới thì ac quy sẽ làm nhiệm vụ cấp điện để qua các khối băm xung và
nghịch lưu để cấp điện cho lưới.
2.2 Tính toán thiết kế khối chỉnh lưu
2.2.1 Nguyên lý làm việc sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân
Trong
quy mô của đồ án, để thiết kế thu Trang
gọn 9toàn bộ SVTH:
mạchPhạm
mà Hào
vẫnKiệt
đáp ứng được
Nguyễn Minh Đức

yêu cầu bài toán là dùng điện nạp cho acquy, chúng em chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu
một pha. Mạch được sử dụng khá rộng rãi trong thực tế, ưu điểm là có thể không cần
dùng đến biến áp, dòng tải trong đồ án chỉ từ 2-5A nên đáp ứng được yêu cầu và thiết kế
mạch rất đơn giản.

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

9

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

U2
id
D1
+

Ud

(-)

U2

t

D3

t

Ud

+

E

D1,D2

D2

D2

D3,D4

7 0 .0 0 0

Hình 2.2. Sơ đồ mạch cầu một pha dùng diot
Nguyên lý làm việc
Mạch chỉnh lưu gồm 4 van điot D1-D4 đấu thành 1 nhóm D1, D3 nhóm catot chung,
D2, D4 nhóm anot chung. Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van có thể lấy trực tiếp từ lưới
điện hoặc thông qua biến áp.
Trong nửa chu kì đầu 0 <θ<π,

u 2 = 2U 2 sin θ

>0; Diode D1, D2 phân cực thuận, D3,

D4 phân cực ngược. Dòng điện chảy từ điểm A qua D1, qua tải, D2 về điểm B.
Ta có phương trình:
u d = 2U 2 sin θ

Trong nửa chu kì sau π<θ< 2π,

(2.1)
u 2 = 2U 2 sin θ

<0 Diode D1, D2 phân cực ngược,

D3,D4 phân cực thuận. Dòng điện chảy từ điểm B qua D3, qua tải, D4 về điểm A.
Ta có phương trình
u d = − 2U 2 sin θ

(2.2)

GVHD:
Tốngáp
Thanh
Nhân
Như
vậyTh.s
điện
chỉnh
lưu trung bình

1
Ud =
2π

2π

1
∫0 u d dθ = π

π

∫

0

Trang 10

Nguyễn Minh Đức

2 2U 2
2U 2 sin θdθ =
π

=198V

Dòng tải trung bình

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

SVTH: Phạm Hào Kiệt

10

(2.3)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Id =

U d 2 2U 2
=
= 2.3 A
R
πR

(2.4)

2.2.2 Tính chọn thiết bị cho mạch chỉnh lưu
Với việc chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều để đưa vào mạch nạp cho acquy thì giá trị
điện áp không tải đảm bảo cung cấp cho mạch nạp.
Từ đó ta chọn di ot 1N4001
1. Bảng chọn thiết bị
Tên thiết bị

Thông số
Model: plastic, DO-41
Điện áp làm việc: 50 – 1000V
Dòng điện giới hạn: Imax= 1A
Nhiệt độ hoạt động: -55oC ~ 150oC

Điot 1N4001

2.3 Tính toán khối acquy và mạch nạp acquy
2.3.1 Tính chọn ac quy
a. Giới thiệu về ac quy
Acquy là loại bình điện hóa học dùng để tích trữ năng lượng điện và làm nguồn điện
cung cấp cho cá thiết bị điện như động cơ điện, bóng đèn, nguồn nôi cho các linh kiện
điện tử. Acquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch. Nó tích trữ năng lượng dưới

dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Dòng điện trong bình
acquy tạo ra do phản ứng điện phân giữa vật liệu trên bản cực và dung dịch H 2SO4. Bình
acquy được làm từ nhiều tế bào acquy (cell), ta gọi đó là những acquy đơn, được đặt trong
1 vỏ bọc bằng cao su cứng hay nhựa cứng.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 11

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

Hình 2.3. Khối acquy
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Mỗi acquy đơn có điện thế khoảng 2V. Acquy 12V có 6 acquy đơn mắc nối tiếp.
Muốn có điện thế cao hơn ta mắc nối tiếp nhiều acquy lại với nhau.
Trên nắp mỗi acquy đơn có đặt nắp thông hơi, với mục đích:
Để đậy kín acquy, khi cần thêm nước thì mở ra thêm nước vào.
Khi nạp thì người ta mở nắp này để chất khí hình thành có khí thoát ra.
Có thể có nhiều ác gọi như acquy nước, acquy axit, acquy axit kiểu hở, accquy kín

khí, acquy không cần bảo dưỡng, acquy khô, acquy kiềm… Trên thực tế thường phân biệt
thành 2 loại ac quy là acquy axit và acquy kiềm. Trong công nghiệp phần lớn sử dụng
acquy axit còn acquy kiềm thường dùng trong lĩnh vực quân sự do giá thành quá cao. Ở
đồ án này chúng em chọn acquy axit.
Cấu tạo ac quy
Trong thực tế các cực của ắc quy có số lượng nhiều hơn (để tạo ra dung lượng bình
ắc quy lớn) và mỗi bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn như vậy. Nhiều tấm cực để tạo ra
tổng diện tích bản cực được nhiều hơn, giúp cho quá trình phản ứng xảy ra đồng thời tại
nhiều vị trí và do đó dòng điện cực đại xuất ra từ ắc quy đạt trị số cao hơn, dung lượng
cao hơn. Do kết cấu xếp lớp nhau giữa các tấm cực của ắc quy nên thông thường số cực
dương và cực âm không bằng nhau bởi sẽ tận dụng sự làm việc của hai mặt một bản cực
(nếu số bản cực bằng nhau thì các tấm ở bên rìa sẽ có hai mặt trái chiều ở cách nhau quá
xa, do đó phản ứng hóa học sẽ không thuận lợi). Ở giữa các bản cực của ắc quy đều có
tấm chắn, các tấm chắn này không dẫn điện nhưng có độ thẩm thấu lớn để thuận tiện cho
quá trình phản ứng xảy ra khi các cation và anion xuyên qua chúng để đến các điện cực.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 12

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

Hình 2.4. Bố trí các ngăn trong acquy

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Mỗi một ngăn cực của ắc quy a-xít chỉ cho mức điện áp khoảng 2 đến 2,2 V do đó
để đạt được các mức 6, 12 V thì ắc quy phải ghép nhiều ngăn nhỏ với nhau, ví dụ ghép 3
ngăn để thành ắc quy 6V, ghép 6 ngăn để thành ắc quy 12V.

Hình 2.5. Cấu tạo acquy
Nguyên lý hoạt động của acquy

Hình 2.6. Mô phỏng bản cực axit của acquy
Trong hình này vẽ đại diện hai bản cực của một ắc quy, trong đó cực cả hai cực
được làm bằng Chì (Pb) và oxít Chì (PbO2). Điền đầy giữa các bản cực là dung dịch axít
sulfuric (H2SO4) loãng, và tất nhiên là dung dịch loãng như vậy thì chứa Nước (H2O) là
chiếm phần lớn thể tích.Ở trạng thái được nạp đầy, các bản cực ắc quy ở trạng thái hóa
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 13

SVTH: Phạm Hào Kiệt

học. Trong các quá trình phóng điện và nạp điện cho ắc quy,
trạng thái hóa học của các
Nguyễn Minh Đức
cực bị thay đổi.

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Hình 2.7. Trạng thái hóa học trong quá trình phóng nạp
Quá trình phóng điện diễn ra nếu như giữa hai cực ắc quy có một thiết bị tiêu thụ
điện, khi này xảy ra phản ứng hóa học sau:
Tại cực dương: 2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2
Tại cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2
Phản ứng chung gộp lại trong toàn bình là: Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
Quá trình phóng điện kết thúc khi mà PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hoàn toàn
chuyển thành PbSO4.
Quá trình nạp điện cho ắc quy, do tác dụng của dòng điện nạp mà bên trong ắc quy
sẽ có phản ứng ngược lại so với chiều phản ứng trên, phản ứng chung gộp lại trong toàn
bình sẽ là: 2PbSO4 + 2H2O = Pb+PbO2+2H2SO4.
Kết thúc quá trình nạp thì ắc quy trở lại trạng thái ban đầu: Cực dương gồm: PbO2,
cực âm là Pb.
b. Tính chọn thông số acquy
Để lựa chọn thông số ac quy ta cần quan tâm đến 2 yếu tố: thời gian sử dụng và tổng
công suất của toàn bộ tải. Xác định thời gian sự dụng của hệ thống là 25 phút và áp dụng
công thức tính toán sau:
t = (Ah *V*pf)/W

(2.5)

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 14

Ah = (t*W)/(V*pf)

Trong đó:

Nguyễn Minh Đức

t là thời gian cần có điện của hệ thống
V: hiệu điện thế của mạch nạp acquy
Ah: dung lượng cần nạp
Pf: Hệ số năng suất của UPS: 0.7

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

SVTH: Phạm Hào Kiệt

14

(2.6)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Tổng công suất tiêu thụ trong hệ thống được dùng là 1 phụ tải công suất 300W do
đó cần tính dung lượng ac quy là :
Ah = (25 * 300/60)/(12 *0.7) = 4,34 Ah

(2.7)

Vậy cần 1 ac quy 12.5Ah/12V là đảm bảo yêu cầu.
Ở trong mô hình chúng e chọn acquy haze để đưa vào mạch nạp acquy.

Hình 2.8. Acquy Haze
2. Thông số thiết bị ac quy
Tên thiết bị
Acquy Haze

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

Thông số
Kích thước: 240*417*172 mm (H*L*W).
Trọng lượng: 57kg
Dải nhiệt độ hoạt động: - 10 °C - 50°C.
Vật liệu vỏ: nhựa ABS chống cháy.
Điện áp nạp tối đa: 35A.
Mức dung lượng tại 20°C:
- Chế độ phóng điện 10h: 180Ah.
- Chế độ phóng điện 5h: 129Ah.
- Chế độ phóng điện 1h: 86.6Ah.
Trang 15

Phạm Hào Kiệt
Dòng phóngSVTH:
cực đại:
Điện áp nạp Nguyễn
khôngMinh
đổi Đức
tại 20°C:
- Nạp tăng cường: 14,4V
- Nạp bổ sung: 13.62 – 13.80V

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

2.3.2 Tính chọn mạch nạp ac quy
a. Các phương án nạp ac quy
-

Phương pháp nạp acquy với dòng điện không đổi

Hình 2.9. Nạp ac quy với dòng điện không đổi
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc
qui, bảo đảm cho ắc qui đủ điện áp. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo
dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá.
Với phương pháp này ắc qui được 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
Dòng điện nạp được tính theo công thức:
In =

U n − Eaq
Raq

(2.8)
Sức điện động E của acquy trong quá trình nạp dần tăng lên. Vì vậy muốn giữ dòng
điện nạp thì điện áp thiết bị nập cần phải tăng lên.
Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và
yêu cầu các ắc qui đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức. Để khắc phục nhược điểm
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 16

SVTH: Phạm Hào Kiệt

thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay
Nguyễn Minh Đức

nhiều nấc. Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 + 0,5 )C2
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 0,05C2.

- Phương pháp nạp acquy với điện áp không đổi
Phương pháp này yêu cầu các acquy được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3V + 2,5V) cho mỗi ngăn đơn.
Phương pháp nạp với điện áp không đổi có tđủi gian nạp ngắn, dòng nạp tự động
giảm theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp này ắc qui không được nạp đủ. Vì vậy
nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử
dụng.

Hình 2.10. Nạp acquy với điện áp không đổi
Các acquy được mắc song song, điện áp thiết bị nạp được tự động điều chỉnh và
kiểm tra bằng vonmet. Điện áp của thiết bị nạp thường phải tương ứng với số phần tử ac
quy được nạp, dự tính điện áp của mỗi phần tử nạp là 2.4V. để dòng điện chung trong
mạch không vượt quá dòng điện cực đại cho phép của thiết bị.
-

Nạp acquy theo phương pháp hỗn hợp
Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những
ưu điểm của mỗi phương pháp. Lúc bắt đầu nạp với dòng điện không đổi lớn, có tác dụng
cải thiện các tấm bản cực đã bị sun hat hóa và dung lượng acquy được nạp khá lớn. Sau
đó nạp theo phương pháp điện áp không đổi. Dòng điện nạp sẽ tự động giảm xuống cuối
quá trình sẽ có thể duy trì một dòng điện nạp khoảng 20% dòng điện nạp cực đại cho

phép trong thời gian dài cho chất điện phân ngấm sâu vào chất tác dụng (các tấm cực) bảo
đảm cho acquy đầy điện hoàn toàn, việc kiểm tra và điều khiển quá trình nạp điện cho ac
quy có thể tự động hóa.
Vì acquy
là tải
có tính
GVHD:
Th.s Tống
Thanh
Nhân

chất dung khángTrang
kèm17theo sứcSVTH:
phảnPhạm
điệnHào
động
cho nên khi
Kiệt

acquy chưa đủ điện mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì Nguyễn
dòng Minh
điệnĐức
trong acquy sẽ tự
động dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi acquy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng.
Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho acquy. .
Có 4 chế độ nạp
- Nạp thả nổi: dòng nạp nhỏ hơn 1/15 dung lượng acquy trong 20h
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

- Nạp vừa: dòng nạp từ 1/7-1/8 dung lượng acquy trong 8 đến 10h
- Nạp nhanh dòng nạp từ ¼ dung lượng acquy trong hơn 4h
- Vừa nạp vừa dùng dòng nạp bằng ½ dung lượng acquy cho đến khi đầy.
Yêu cầu mạch nạp phải đơn giản dễ chế tạo và làm việc ổn định.
Dựa vào những phân tích trên, để đáp ứng yêu cầu công nghệ cũng như hiệu
quả kinh tế, ta lựa chọn nạp acquy theo phương pháp hỗn hợp.
b. Mạch nạp ac quy
Trong đồ án này, chúng em sử dụng IC nguồn Switching IC3842 là loại IC nguồn
được sử dụng rất phổ biến trong các thiết bị điện tử dân dụng và công nghiệp nói chung
hiện nay để sử dụng cho mạch nạp ac quy. Nguyên lý hoạt động của ic này là sử dụng
mức điện áp so sánh – phản hồi để tự động điều chỉnh điện áp ra.(Chi tiết ở phụ lục)
Ta có sơ đồ mạch nạp ac quy

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 18

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

Hình 2.11. Sơ đồ khối mạch nạp ac quy
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ như sau:

Sau khi điện áp được chỉnh lưu từ 220V xoay chiều thông qua mạch cầu diot sẽ
thành 220V một chiều cấp vào IC3842 được cung cấp một dòng ban đầu thông qua cặp
điện trở 51k/3W để có thể cung cấp một cường độ dòng điện ban đầu
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

khoảng 1 ÷ 4mA UC3842 có thể tạo được dao động để kích thích cho transistor mở qua
biến áp xung và nhờ vậy sẽ tạo ra điện áp quay về trên cuộn L 2 để cung cấp trở lại cho
IC3842 với cường độ dòng điện lớn hơn nhằm duy trì điện áp ổn định cho UC3842 hoạt
động .

IC3842 tự tạo ra được một Tần số Dao động không đổi trong khoảng 17 đến 40
KHz và tự điều chỉnh độ rộng xung nhằm điều chỉnh điện áp ra theo yêu cầu sao cho
nếu điện áp ra cần phải phù hợp để nạp vào acquy.
Điện áp được điều chỉnh thông qua quá trình tự động so sánh điện áp quay về
hoặc so sánh trực tiếp với điện áp ra để đưa về điều chỉnh điện áp trên chân số 2 của
IC3842 .Điện áp làm việc của chân 2 là trong khoảng 2,5 ÷ 3V, nếu vượt quá 3V thì sự
dao động của IC3842 sẽ bị ngắt quãng không liên tục. Nếu điện áp này giảm dưới 2V
thì UC3842 bị mất khả năng tự điều chỉnh điện áp ra và điện áp ra luôn bị tăng vọt quá
mức cho phép.
Sau khi đi qua được mạch so sánh điện áp trong IC 3842 thì điện áp ra sẽ được qua

biến thế xung qua transistor và qua điot cầu để tăng dòng nạp và qua tụ lọc và qua biến
thế xung để nạp cho acquy với điện áp thích hợp.
-Tính chọn thông số mạch nạp
Sau khi phân tích đánh giá nhiệm vụ chỉnh lưu chủ yếu là nạp cho acquy, để phù
hợp thực tế với nguồn điện sinh hoạt cũng như phụ tải sử dụng từ acquy là đèn, ta có
+ Điện áp nạp : Un = 2.4 x6 = 14.4V
+ Dòng điện nạp: In = 0.1.Id= 0.1*7 = 0.7 A
Tính toán máy biến áp
- Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 220V
- Điện áp pha thứ cấm của máy biến áp khi có tải là :

Ud0cosαmin = Ud + 2ΔU + 2ΔUdm + ΔUba

(2.9)

- Ud: Điện áp chỉnh lưu=14.4V
-

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 19

ΔU:Sụt áp trên các van = 2.1V

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

ΔUba: Sụt áp trên các máy biến áp khi có tải bao gồm sụt áp trên điện trở và sụt áp
trên các điện cảm. lấy sơ bộ ΔUba = 6%. Ud =0.06*14.4 = 0.864

-

αmin: 100là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới.

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

=

Từ đó ra có Ud0

2∆U + 2∆U dm + ∆U ba
cos α min

= 19,8V

(2.10)

Điện áp thứ cấp phía máy biến áp là :
U d 0 π *19.8
=
Ku

2 2

Uα =

= 22V

(2.11)

5. Bảng thông số thiết bị
STT

Tên

Sô lượng

Thông số kĩ thuật

1

Biến áp

1

2

Điện trở

7

3

IC 3842

1

2A, 30V, 340KHz

4

Điot cầu

2

50A-1000V

5

Tụ điện

4

10uF,47uF,220uF-16V

Điện áp vào: 220V, điện áp ra: 14.5V
150

Ω

,10k,

2.4 Tính toán thiết kế khối băm xung
2.4.1 Nguyên lý làm việc bộ băm xung Push - Bull
Ta chọn bộ băm kiểu Push-Pull. Trong mạch này dùng 2 van để đóng cắt biến áp
xung và mỗi van dẫn trong 1 nửa chu kì.Với việc đóng cắt liên tục hai van này thì luôn
luôn xuất hiện dòng điện liên tục trên tải. Chính vì ưu điểm này mà nguồn Push-Pull cho
hiệu suất biến đổi là cao nhất và được dùng nhiều trong các bộ nguồn như UPS. Hơn nữa
việc sử dụng tần số chuyển mạch lớn cho kiểu này còn giảm nhẹ khối lượng thết kế biến
áp, nên hiệu suất càng cao hơn. Điện áp xoay chiều đầu ra dễ ổn định hơn vì có thêm
khâu ổn định điện áp phía một chiều.

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 20

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý bộ băm xung Pushbull
Nguyên lý làm việc bộ băm xung:

Khi Q1 được đóng Q2 mở thì cuộn dây ở phía trên sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng
sang cuộn dây phía trên ở thứ cấp có điện và điện áp sinh ra có cùng cực tính. Dòng điện
bên thứ cấp qua Diode cấp cho tải.
Khi Q2đóng và Q1 mở thì cuộn dây ở phía dưới sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng
sang cuộn dây phía dưới thứ cấp có điện và điện áp này sinh ra cũng cùng cực tính.
Trong cùng một thời điển thì không được cả 2 van cùng dẫn. Mỗi van chỉ được dẫn
trong một nửa chu kì. Khi van này mở thì van kia phải đóng và ngược lại. Thời gian mở
các van phải chính xác, giữa 2 van cần có thời gian chết để đám bảo cho 2 van không dẫn
cùng.
Vì có 2 bộ transistor chuyển mạch và diot đầu ra nên dòng điện trung bình qua mỗi
phần được giảm đi một nửa. Khoảng thời gian giữa 2 transistor dẫn thì diote D 1 và D2 dẫn
đồng thời.
Từ đó, diện áp 12V từ acquy được băm thành các xung điện áp 12V . Điện áp này
được khuếch đại lên thành điện áp có trị hiệu dụng 310VDC nhờ máy biến áp xung có
điểm giữa và được giữ ở mức ổn định 310VDC nhờ mạch phản hồi lấy từ đầu ra của bộ
khuếch đại áp một chiều khuếch đại và đưa về chân INV của KA3525. KA3525 sẽ lấy tín
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 21

SVTH: Phạm Hào Kiệt

hiệu này và đưa tín hiệu ra 2 chân Push- Pull thích hợp nhằm điều khiển 2 FET công suất,
giữ mức điện áp cố định ở đầu ra có giá trị hiệu dụng 310V.

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

21

Nguyễn Minh Đức

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Hình 2.13. Đồ thị dạng điện áp, dòng điện
2.4.2 Tính chọn thiết bị trong sơ đồ
a. Chọn van mạch lực
Công suất bộ UPS là 350W.
Dòng điện tức thời cực đại chảy trong cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung là

Idm =

Pdm 300
=
= 25 A
U
12

(2.12)

Dòng điện trung bình chảy trong mỗi FET:
Id =

I dm 25
=
= 12.5 A

2
2

(2.13)

Điện áp ngược tác dụng lên mỗi FET khi bị khóa là 12V
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 22

Chọn MOSFET

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

Hệ số dự trữ về điện áp: Ku = 1.6, hệ số dự trữ về dòng điện: Ki= 1.2
Vậy FET ít nhất phải chịu điện áp ngược 1.6*12 = 19.2 (V) và chịu được dòng
trung bình 1.2* 12.5= 15(A).
Từ các thông số trên ta chọn loại FET là MOSFET công suất IRF3205, có các
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

thông số sau:
- Điện áp chịu đựng khi khóa VDSS = 55V
- Dòng điện định mức khi dẫn ID=110A
- Điện trở nội khi dẫn RDS(on)=8.0mQ
- Điện áp ngưỡng chuyển từ dẫn sang khóa VGS(th) 2 đến 4 (V).
- Độ trể từ khóa sang dẫn td(on) = 14nS
- Độ trể từ dẫn sang khóa td(off) = 50nS.

b. Chọn diode
-

Điện áp Udc = 310 V. Chỉnh lưu phía thứ cấp biến áp xung ta chọn chỉnh lưu cầu,
do đó điện áp trước chỉnh lưu là:
U thu =

U dc 310
=
= 341V
0.9 0.9

(hệ số chỉnh lưu là 0.9)

(2.14)

- Dòng điện làm việc của cầu chỉnh lưu:

IIv = P/U = 300/310= 0.88A

(2.15)

- Chọn diode với Ku = 1.5, Kj = 1.4 là hệ số dự trữ điện áp và dòng điện.
- Điện áp ngược: Unv> Ku* Ulv = 1.5*341 = 511.5 V
- Dòng điện làm việc: IF> Ki* Ilv = 1.4*0.88 = 1.2A
-

Chọn diode chỉnh lưu là loại diode xung, với thời gian phục hồi nhỏ. Ta chọn
loại diode MUR460.
c. Chọn biến áp xung
Với sụt áp trên diode là 1.05V, suy ra điện áp yêu cầu phía thứ cấp biến áp xung:
Uthứ = 341*0.9 + 2*1.05 = 310V
*Tính chọn biến áp xung:
Ta có: Usơcấp= 12V, Uthứcấp = 310V
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân
Trang 23
SVTH:
Công
suất qua biến áp xung P = 300W, từ
công thức tính
tiếtPhạm
diệnHào
lõiKiệt
ferrit ta có:
Nguyễn Minh Đức

S ferrit =

200* P
f

'

(2.16)
Với P’ = 300 * 10%*310 = 330W
Với các thông số RT = 12K, CT = 2200pF, RD = 47 Ohm =>fosc = 53219Hz
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

Chọn lõi ferrit có tiết diện 2 cm2
Vậy chọn mua biến áp xung có các thông số: Sferit= 2(cm2); công suất P = 330W.
Cuộn sơ cấp có điểm giữa, điện áp mỗi cuộn sơ cấp là 12V
Cuộn thứ cấp có điện áp 310V.
d.Chọn mạch lọc
-

Chọn tụ lọc đầu vào C1:
Mục đích là giảm độ nhấp nhô của điện áp đầu vào cấp bởi acquy
C1 >

-

P
300

=
= 0.075
2. f s .∆Vi .Vi min 2 *5000* 0.02* 20

Tụ lọc phải thỏa mãn
Với ΔVi: dao động điện áp đầu vào, bằng 1% Vimin
Chọn bộ lọc đầu ra:
L=

Dmax *(Vdc − Vac _ peak )

Cuộn cảm
Điện dung C=

2* f s * ∆I o

=

F

(2.17)

0.5*(340 − 220 2)
= 0.5mH
2 *15000*0.1* 2.94

(2.18)

Pout
1000

=
= 520 µ F
2*ϖ sin * ∆Vdc 2* 2π *50*9*340

Chọn L = 0.5mH, C = 660

(2.19)

µF

6. Bảng thông số thiết bị
STT
1

Tên thiết bị

Số lượng
1

Máy biến áp

Thông số kỹ thuật
-Điện áp cung cấp Vcc = 12V
-Dòng điện ra I = 50mA

3
Tụ

2
330

4

5

6

Trở

4

MUR460

4

Cuộn cảm

1

GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

Trang 24

Ω

µF

100 , 0.85

Ω

Ω

2W, 220 ,10K

Dòng hiệu dụng:5A
Điện áp làm việc: 400V-600V
Nhiệt độ chịu được: 1750C
0.5mH

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

2.5 Tính toán thiết kế khối nghịch lưu
2.5.1 Nguyên lý làm việc của sơ đồ nghịch lưu áp cầu một pha
Theo yêu cầu của đề tài thiết kế, ta cọn sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha
vì phương pháp này được sử dụng phổ biến trong thực tế. Trước kia nghịch lưu áp bị hạn
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H

chế trong ứng dụng vì công suất của các van động lực điều khiển hoàn toàn còn nhỏ. Tuy
nhiên ngày này công suất của các van động lực như IGBT, GTO càng trở lên lớn và có

kích thước gọn nhẹ, do đó nghịch lưu áp trở thành bộ biến đổi ngày càng thông dụng.
Hơn nữa điện áp ra của nghịch lưu áp có thể điều chế theo nhiều phương pháp khác nhau
để có thể giảm được sóng điều hòa bậc cao.

Hình 2.14. Sơ đồ ngịch lưu áp cầu 1 pha
Sơ đồ nghịch lưu áp một pha được mô tả gồm 4 van động lực chủ yếu là T 1 T2, T3,
T4 và các điôt D1, D2, D3, D4 dùng để trả công suất phản kháng của tải về lưới và như vậy
tránh được quá áp ở đầu nguồn.
Tụ C 0 được mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn 2
chiều. Như vậy tụ c thực hiện việc tiếp nhận công suất phản kháng của tải, đồng thời tụ c
còn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp.
Nguyên lý làm việc:
Ở nửa chu kỳ đầu (

0 ÷ θ2 )

cặp van T1 và T2 dẫn, phụ tải được đấu vào nguồn.

Donguồn là nguồn áp nên điện áp trên tải Ut= E. Tại thời điểm

0 = θ2

T1 và T2 bị khóa, T3

và T4 mở ra. Tải sẽ được đấu vào nguồn theo chiều ngược lại, tức là dấu điện áp trên tải
GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân

sẽ đảo chiều và Ut= -E tại thời điểm

θ2

Trang 25

SVTH: Phạm Hào Kiệt
Nguyễn Minh Đức

.Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ

nguyên hướng cũ, T1, T2 đã bị khóa nên dòng phải khép mạch qua D 3, D4. Suất điện động
cảm ứng trên tải sẽ trở thành nguồn trả năng lượng thông qua D3, D4.
Tương tự như vậy, khi khóa cặp T3, T4 dòng tải sẽ khép mạch qua D1 và D2. Đồ thị
điện áp tải u t , dòng tải it, dòng qua điôt iD và dòng qua Thyristor được biểu diễn trên hình
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp

25