Thiết kế mạch nạp Ắc quy 12V-80A tự động

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
1.1.Ứng dụng của ácquy
- Ácquy là một nguồn điện dược tích trữ năng lượng điện dưới dạng hóa
năng.
- Ácquy là nguồn điện một chiều cung cấp cho các thiết bị điện trong công
nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày: như động cơ điện một chiều,
bóng đèn, các mạch điện tử, cho các động cơ khởi động... Trong thực tế có
nhiều loại ácquy nhưng thường gặp nhất là hai loại sau: ácquy axit và
ácquy kiềm.

Hình: Cấu tạo của acquy

Hình: Cấu tạo bản cực của acquy


2

1.
2.

Vâu bản cực
Chất tác dụng

3.

Cốt bản cực

1.2. Ácquy axit

1.2.1.

Cấu tạo của bình ácquy axit
Bình acquy gồm vỏ bình, các bản cực, các tấm ngăn và dung dịch điện phân
· Vỏ bình:
Vỏ bình ácquy axit hiện nay được chế tạo bằng nhựa êbônit hoặc
anphantonec hay caosu nhựa cứng. Để tăng độ bền và khả năng chịu axit
cho bình, khi chế tạo người ta ép vào bên trong bình một lớp lót chịu axit là
polyclovinyl, lớp lót này dày khoảng 0,6mm. Phía trong vỏ bình tùy theo
điện áp danh định của ácquy mà chia thành các ngăn riêng biệt và các vách
ngăn này được ngăn cách bởi các ngăn kín và ch ắc . Ở đáy các ngăn có các
sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống giữa đáy bình và mặt dưới
của khối bản cực, nhờ đó mà tránh được hiện tượng chập mạch giữa các
bản cực do chất tác dụng bong ra và rơi xuống đáy gây lên.
· Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực:
Bản cực gồm cốt hình lưới và chất tác dụng. Cốt đúc bằng h ợp kim
chì(Pb)-antimion(Sb) với tỷ lệ (87 – 95)%Pb và (5 – 13)%Sb. Phụ gia
antimon thêm vào có tác dụng tăng thêm độ cứng, giảm han gỉ và cải thiện
tính đúc cho cốt.
Cốt để giữ chất tác dụng và phân phối dòng điện khắp bề mặt cực. Điều
này có ý nghĩa rất quan trọng đối với các bản cực dương vì điện trở của
chất tác dụng (oxit chì) lớn hơn rất nhiều so với điện trở của chì nguyên
chất, do đó càng tăng chiều dày của cốt thì điện trở trong của ácquy càng
nhỏ.
Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, axit sunfuric đặc và khoảng 3% các
muối axit hữu cơ đối với bản cực âm, còn đối với bản cực dương thì ch ất
tác dụng được chế tạo từ các oxit chì Pb3O4, PbO và dung d ịch axit


3

sunfuric đặc. Phụ gia muối của axit hữu cơ trong bản cực âm có tác dụng
tăng độ xốp, độ bền của chất tác dụng, nhờ đó mà cải thiện được độ thấm
sâu của dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực đồng th ời đi ện tích
thực tế tham gia phản ứng hóa học cũng được tăng lên
Các bản sau khi được chất 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 với dòng điện một chiều trị số nhỏ. Sau quá trình như vậy,
chất tác dụng ở các bản cực dương hoàn toàn trở thành PbO2 (màu gạch
xẫm). Sau đó các bản cực dương được đem ra rửa, sấy khô và lắp ráp.
· Tấm ngăn:
Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện v ới nhau
bởi các tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn đ ược
làm rộng hơn so với các bản cực.
Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực âm và
dương, đồng thời để đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử d ụng
acquy. Các tấm ngăn ở đây phải là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được
axit và có độ xốp thích hợp để ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản
cực.
· Dung dịch điện phân
Dung dịch điện phân trong bình acquy là loại dung dịch axit sunfuric đ ược
pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy định tùy thuộc
vào điều kiện khí hậu mùa và vật kiệu làm tấm ngăn. Nồng độ dung d ịch
axit sunfuric g=(1,1 - 1.3)g/cm3 . Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh
hưởng lớn đến sức điện động của acquy.
1.2.2.Quá trình hóa học trong ácquy axít
Trong acquy thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận ngh ịch mà đ ặc
trưng là là qua trình nạp và phóng điện.
Khi nạp điện, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử chuy ển

4

động từ các bản cực dương đến các bản cực âm – đó là dòng đi ện n ạp In.
Khi phóng điện, dưới tác dụng của suất điện động riêng của acquy, các
điện tử sẽ chuyển động theo hướng ngược lại và tạo thành dòng điện
phóng Ip.
Khi acquy nạp đã no, chất tác dụng ở các bản cực d ương là PbO2 còn t ại
các bản cực âm là chì xốp Pb. Khi phóng điện, các ch ất tác dụng ở cả hai
bản cực đều trở thành sunfat chì PbSO4 có dạng tinh thể nhỏ.
Khi nạp điện cho acquy sẽ xảy ra phản ứng:
- Ở cực dương:
PbSO4 - 2e + 2H2O = PbO2 + H2SO4 + 2H+

(1.1)

- Ở cực âm:
PbSO4 + 2e + 2H+ = Pb + H2SO4

(1.2)

- Toàn bộ quá trình xảy ra trong ác quy khi n ạp điện là:
2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4

(1.3)

Kết quả là tạo thành một điện cực Pb và một điện cực PbO2.
Sự phóng điện của acquy xảy ra khi nối hai điện cực Pb và PbO2 vừa thu
được với tải, lúc này hóa năng được dự trữ trong acquy sẽ chuy ển thành
điện năng. Ở đây các điện cực xảy ra các phản ứng ngược của (1.1) và

(1.2), nghĩa là trong acquy sẽ xảy ra phản ứng ngược của (1.3). Acquy sẽ
cung cấp dòng điện cho đến khi cả hai điện cực trở lại thành PbSO4 như
ban đầu

1.3.Acquy kiềm

1.3.1.Cấu tạo của ácquy kiềm
Acquy kiềm là loại acquy mà dung dịch điện phân được dùng trong acquy
là dung dịch kiềm KOH hoặc NaOH. Tùy theo cấu tạo của bản cực acquy
kiềm được chia làm ba loại:
-Loại acquy Sắt (Fe) – Niken (Ni)
-Loại acquy Cadimi (Cd) – Niken (Ni)
-Loại acquy Bạc (Ag) – Kẽm (Zn)


5

Trong ba loại trên thì loại thứ ba có hệ số hiệu dụng trên một đ ơn vị tr ọng
lượng và một đơn vị thể tích là lớn hơn, nhưng giá thành của nó lại cao
hơn vì phải sử dụng khối lượng bạc chiếm tới 30% khối lượng của chất
tác dụng, do đó loại
này ít được dùng.
Acquy kiềm có cấu tạo tương tự acquy axit, tức nó cũng gồm dung d ịch
điện phân, vỏ bình, các bản cực,…
Bản cực của acquy kiềm được chế tạo thành dạng thỏi hoặc không th ỏi.
Giữa các bản cực được ngăn bởi các tấm ebonit. Chùm bản c ực d ương và
chùm bản cực âm được hàn nối như chùm bản cực của acquy axit đ ể đ ưa
ra các vấu cực cho acquy. Các chùm bản cực được đặt trong bình điện phân
và được ngăn cách với vỏ bình bằng lớp nhựa vinhiplat.
Loại acquy dùng bản cực dạng thỏi thì mỗi thỏi là m ột hộp làm bằng thép

lá trên bề mặt có khoan nhiều lỗ: f = 0.2 ¸ 0.3mm để cho dung dịch thấm
qua. Nếu là acquy sắt – niken thì trong hộp bản cực âm chứa sắt đặc bi ệt
thuần khiết, còn trong bản cực dương là hỗn hợp 75%NiO.OH và 25% bột
than hoạt tính.
Loại acquy kiềm dùng bản cực không phân thỏi, thì bản c ực đ ược ch ế t ạo
theo kiểu khung xương, rồi đem các chất tác dụng có cấu trúc xốp m ịn đ ể
ép vào các lỗ nhỏ trên bản cực.
1.3.2.Quá trình hóa học trong ácquy kiềm
Giống như trong acquy axit, quá trình hóa trong acquy kiềm cũng là quá
trình thuận nghịch.
Nếu bản cực trong acquy kiềm là sắt và niken thì phản ứng hóa h ọc xẩy ra
trong acquy như sau:
Trên bản cực dương:
Ni(OH)2 + KOH + OH- = Ni(OH)3 + KOH
Trên bản cực âm:

(1.4)


6

Fe(OH)2 + KOH = Fe + KOH + 2OH

(1.5)

Như vậy quá trình nạp điện, sắt hidroxit trên bản cực âm bị phân tích
thành sắt nguyên tố và anion OH - . Còn ở bản cực dương, Ni(OH) 2 được
chuyển hóathành Ni(OH )3 . Chất điện phân KOH có thể xem như nó không
tham gia vào phản ứng hóa học mà chỉ đóng vai trò chất dẫn điện, do đó
sức điện động của acquy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ chất điện

phân. Sức điện động của acquy chỉ được xác định dựa trên trạng thái của
các chất tác dụng ở các tấm cực.
Thông thường acquy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động đ ạt
được khoảng 1,7 đến 1,85V. Khi acquy phóng điện hoàn toàn sức điện
động của acquy là 1,2 đến 1,4V.
Như vậy điện thế phóng điện của acquy kiềm thấp h ơn acquy axit. Nếu ở
acquy axit điện thế phóng điện bình quân là 2V thì ở acquy kiềm chỉ là
1,2V.
Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo chưa dừng lại ở những kết quả đã đạt
được, người ta đã chế tạo được những acquy kiềm mới khá nhỏ và nhẹ,
nhưng vẫn có các thông số kĩ thuật của acquy axit.
1.4.Sự khác nhau giữa ácquy axít và ácquy kiềm
Cả hai loại acquy này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất t ải thuộc
loại dung kháng và sức phản điện động. Nhưng chúng còn có một số đặc
điểm khác biệt sau :
Acquy axit
- Khả năng quá tải không cao,

Acquy kiềm
- Khả năng quá tải rất lớn dòng

dòng nạp lớn nhất đạt được khi

điện nạp lớn nhất khi đó có thể

quá tải là Inmax = 20%C10

đạt tới: Inmax = 50%C10

-Hiện tượng phóng lớn, do đó

- Hiện tượng phóng nhỏ.

acquy nhanh hết điện ngay cả khi -Sử dụng ở những nơi có yêu cầu
không sử dụng.

công suất lớn quá tải thường


7

- Sử dụng rộng rãi trong đời sống,
công nghiệp đặc biệt ở những

xuyên, được sử dụng với các

nơi có nhiệt độ cao va đập lớn

thiết bị công suất lớn.

nhưng công suất và quá tải vừa

-Dùng phổ biến trong công

phải.

nghiệp hàng không, hàng hải và

- Dùng trong ôtô, xe máy và các

những nơi nhiệt độ môi trường

động cơ máy nổ công suất vừa và

thấp.

nhỏ.

-Giá thành cao.

- Giá thành thấp
1.5.Các thông số cơ bản của ácquy
1.5.1.Sức điện động của ácquy
Sức điện động của acquy kiềm và acquy axit phụ thuộc vào nồng độ dung
dịch điện phân. Người ta thường sử dụng công thức:
Eo = 0,85 + ρ ( V )

(1.6)

Trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của acquy ( V )
ρ - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 °C ( g/cm3 )
Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của acquy đ ược tính theo
công thức:

Ep = Up + Ip.rb

(1.7)

Trong đó : Ep - sức điện động của acquy khi phóng điện ( V )
Ip - dòng điện phóng ( A )

Up - điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (V)
rb - điện trở trong của acquy khi phóng điện ( Ω )
Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của acquy đ ược tính theo
công thức:

En = Un - In.rb

(1.8)

Trong đó : En - sức điện động của acquy khi nạp điện ( V )
In - dòng điện nạp ( A )
Un - điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp đi ện ( V )


8

rb - điện trở trong của acquy khi nạp điện ( Ω )
1.5.2.Dung lượng của ácquy
-Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá kh ả năng cung c ấp
năng lượng điện của acquy cho phụ tải, và được tính theo công th ức :
Cp = Ip.tp
Trong đó : Cp - dung dịch thu được trong quá trình phóng ( Ah )
Ip - dòng điện phóng trong thời gian phóng điện tp ( A )
tp - thời gian phóng điện ( h ).
-Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá kh ả năng tích tr ữ năng
lượng của acquy và được tính theo công thức :
Cn = In.tn
Trong đó : Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( Ah )
In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )
tn - thời gian nạp điện ( h ).

1.6.Đặc tính phóng nạp của ácquy
1.6.1.Đặc tính phóng của ácquy
Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của s ức
điện động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo th ời gian
phóng khi dòng điện phóng không thay đổi .


9

Hình 1.1: Đặc tính phóng của acquy
Từ đặc tính phóng của acquy như 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 kho ảng
thời gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đo ạn phóng
ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với m ỗi chế đ ộ
phóng điện của acquy ( dòng điện phóng ).
Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta
tiếp tục cho acquy phóng điện sau tgh thì s ức điện đ ộng , điện áp của
acquy sẽ giảm rất nhanh .Mặt khác các tinh thể sun phát 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 acquy sau này. Thời điểm tgh gọi
là giới hạn phóng điện cho phép của acquy, các giá trị Ep, Up, ρ tại tgh
được gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của acquy . Acquy không được
phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%.


10

Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá tr ị s ức đi ện

động, điện áp của acquy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi
đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của acquy. Thời gian hồi ph ục
này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của acquy (dòng điện phóng và th ời
gian phóng ).
1.6.2.Đặc tính nạp của ácquy
Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc gi ữa s ức
điện động , điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo th ời gian n ạp khi
trị số dòng điện nạp không thay đổi .

Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :
Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thì sức điện động, điện áp,
nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.
Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn g ọi


11

là hiện tượng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của acquy đ ơn
tăng đến 2,4 V . Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng t ới 2,7
V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác d ụng cho
phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi tuần
hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của acquy.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ 2 - 3 h trong suốt thời
gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của acquy và nồng độ dung d ịch
điện phân không thay đổi . Như vậy dung lượng thu được khi acquy phóng
điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy.
Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, n ồng độ dung
dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng
nghỉ của acquy sau khi nạp.
Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi th ọ của

acquy.
Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C10 .
Trong đó C10 là dung lượng của acquy mà với chế độ nạp v ới dòng điện
định mức là In = 0,1C10 thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy.
Ví dụ với acquy C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng
10% dung lượng ( tức In = 18 A ) thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy.
1.7.Các phương pháp nạp ácquy tự động
1.7.1.Phương pháp nạp dòng điện


12

Hình: Phương pháp nạp dòng điện
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích h ợp v ới m ỗi
loại acquy, bảo đảm cho acquyđược no. Đây là ph ương pháp s ử d ụng trong
các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho acquy hoặc nạp s ửa ch ữa
cho các acquyi bị Sunfat hoá. Với phương pháp này acquy đ ược mắc n ối
tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :
Un ≥ 2,7.Naq

(1.9)

Trong đó: Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn acquy đ ơn m ắc trong m ạch
Trong quá trình nạp sức điện động của acquy tăng dần lên, đ ể duy trì dòng
điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến tr ở R. Trị s ố gi ới
hạn của biến trở được xác định theo công thức :
(1.10)
Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là th ời gian
nạp kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp có cùng dung l ượng đ ịnh

mức. Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta s ử d ụng


13

phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều n ấc. Trong
trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 - 0,6 )
C10 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi acquy bắt đầu sôi.
Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10

1.7.2.Phương pháp nạp

điện áp

Hình: Phương pháp nạp điện áp
Phương pháp này yêu cầu các acquy được mắc song song v ới nguồn n ạp.
Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng
(2,3V ¸ 2,5V) cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp n ạp v ới điện áp không đ ổi
có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo th ời gian.
Tuy nhiên dùng phương pháp này acquy không được nạp no. Vì v ậy n ạp
với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho acquy
trong quá trình sử dụng
1.7.3 Phương pháp nạp dòng áp


14

Hình: Phương pháp nạp dòng áp
Đây là phương pháp tổng hợp của 2 phương pháp trên. Nó t ận d ụng đ ược
ưu điểm của từng phương pháp. Đối với yêu cầu của đề bài là nạp acquy

tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuy ển hoá
được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta ch ọn ph ương án
nạp acquy là phương pháp dòng áp.
Đối với acquy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất n ạp thì
trong khoảng thời gian tn = 8h tương ứng với 75¸80 % dung l ượng acquy ta
nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1C10. Vì theo đ ặc tính n ạp c ủa
acquy trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đ ổi thì đi ện áp, s ức
điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị
nạp. Sau thời gian 8h acquy bắt đầu sôi lúc đó ta chuy ển sang n ạp ở ch ế
độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 10h thì acquy bắt đầu no, ta nạp bổ xung
thêm 2 đến 3h.
Đối với acquy kiềm : Trình tự nạp cũng giống như acquy axit nh ưng do kh ả


15

năng quá tải của acquy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có th ể n ạp v ới dòng
nạp In=0,2C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm th ời gian v ới dòng n ạp In
= 0,5C10

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT
2.1.Các mạch chỉnh lưu
2.1.1.Mạch chỉnh lưu tiristor hình tia ba pha

Hình 2.1: Sơ đồ và dạng điện áp mạch chỉnh lưu tiristor hình tia 3 pha
a.

Nguyên lý hoạt động:
t0 - t1 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3 .
t1 - t2 : T1 thông Ud = Ua , Id = IT1 .

t2 - t3 : T2 thông Ud = Ub , Id = IT2 .
t3 - t4 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3 .


16

b.

Các công thức cơ bản:
- Điện áp trên tải:

- Dòng điện trên tải: Id = Ud / Rd
- Dòng điện qua van: It = Id / 3
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Udo = 1,17U2
- Điện áp ngược 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 lưu có điều khiển tiristor tia ba pha có cấu tạo ph ức tạp,
muốn mạch hoạt động được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra
tải, mỗi van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng đi ện trung bình
chạy qua van nhỏ. Mạch dùng nguồn ba pha nên công suất tăng lên r ất
nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe.
2.1.2.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha đối xứng


17

a.Nguyên lý hoạt động.
Mỗi Tiristor được phát 2 xung điều khiển.
- Xung thứ nhất xác định góc mở .
- Xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải.
b.Một số công thức cơ bản.
-Điện áp trên tải: Ud = Ud0cosa = 2,34U2cosa .
-Dòng điện trên tải: Id = Ud / Id .
-Dòng điện trung bình qua van: IT = Id / 3 .
-Điện áp ngược đặt lên van: Ung =2,45U2


18

-Dòng điện phía thứ 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 = UdoIo .
Nhận xét:
Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha thường được sử dụng
rộng rãi trong thực tế, mạch cho ra chất lượng điện áp bằng ph ảng, dòng
điện chạy qua tải liên tục trong suốt quá trình làm việc. M ạch chỉnh lưu
này thường được áp dụng với những mạch có công suất lớn vì dòng điện
chạy qua mỗi van chỉ chạy trong 1/3 chu kỳ.
*** Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha không đối x ứng

+ Một số công thức cơ bản:
- Điện áp trên tải:
- Dòng điện trên tải:
- Dòng điện trung bình qua van : It = Id / 3.

19

- Điện áp ngược đặt lên van: Ung =2,45U2
- Công suất máy biến áp: Sba = 1,05Pd .
- Công suất tải: Pd = UdoIo
Nhận xét :
Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nhưng chỉnh lưu cầu 3 pha
không đối xứng có quá trình điều chỉnh đơn giản , kích th ước gọn nh ẹ h ơn.

Hình: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
2.1.3. Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha không đối x ứng


20

Hình: Sơ đồ và dạng điện áp mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha
không đối xứng


21

Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu tạo
đơn giản, gọn nhẹ , dễ điều khiển, tiết kiệm van. Thích hợp cho các máy
có công suất nhỏ và vừa.
2.2.Chọn mạch chình lưu phù hợp
- Cả hai phương án dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng c ầu ba pha và ch ỉnh l ưu
không đối xứng cầu ba pha đều có nhiều kênh điều khiển, nhiều Tiristor
nên giá thành cao không kinh tế.

22

- Do yêu cầu của đầu bài, vì số kênh điều khiển ít nên ta ch ọn s ơ đ ồ ch ỉnh
lưu có điều khiển cầu một pha không đối xứng. Chúng có một số ưu điểm:
+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu một pha
đối xứng.
+ Đơn giản hơn vì số lượng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều
khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế h ơn.
+ Cùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều
khiển chính xác hơn.
2.3.Tính toán các thông số với mạch đã chọn
Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha
không đối xứng dùng cho mạch lực mạch nạp ắc qui tự động . Phương án
này vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế. Có
sơ đồ nguyên lý mạch lực như sau :

Hình: Sơ đồ nguyên lý mạch lực
- Số liệu cho trước:
+ Điện áp nguồn 3 pha: 220/380V; f = 50Hz.
+ Yêu cầu đầu ra ( nguồn một chiều nạp tự động cho acquy ): Ud = 12V;
Idmax=80A


23

- Số liệu tính toán và lựa chọn van. Từ yêu cầu của đề bài ta có:
+ Điên áp thứ cấp của máy biến áp:
Từ công thức:

Điện áp Ud đạt max khi góc α = 0.

⇒ U2 = 13,3V

+ Dòng điện trung bình chảy qua van: Iv = Idmax / 2 = 80 / 2 =
40 A
+ Điện áp ngược đặt
lên van là:

= 19V

Chọn van: Để đảm bảo hoạt động tốt chúng ta chọn van phải có
hệ số dự trữ về điện áp: Ku = 1,6; hệ số dự trữ về dòng điện: Ki
= 1,2.
Do vậy:
- Chúng ta chọn van chịu được điện áp ngược: Ung = 19.1,6 =
30,4 V
- Dòng điện trung bình chảy qua van là: Iv = 40.1,2 = 48 A
=> Với các thông số như trên, ta chọn được các van như sau:
- Chọn tiristor loại: TЧ-5 – do Liên Xô chế tạo, sách “ Điện tử
công suất ” của Nguyễn Bính, bảng 1.3, trang 28 có các thông
số như sau:
+ Dòng điện trung bình qua van: Itb=50A.
+ Điện áp ngược cực đại đặt nên van: Ung=0,1 - 1kV.
+ Tổn thất điện áp: ∆U = 1,3V.
+ Thời gian khóa: toff = 10,5 μs.
+ Tốc độ tăng điện áp: du / dt = 100V/μs
+ Tốc độ tăng dòng điện: di / dt = 100A/ms
+ Dòng điện điều khiển: Ig = 0,9A.
+ Điện áp điều khiển: Ug = 3V

24

- Chọn Diot loại: B-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện t ử công su ất”
của Nguyễn Bính, Bảng 1.1, tr 8 có các thông số nh ư sau:
+ Dòng điện trung bình qua van: Itb=50A.
+ Điện áp ngược cực đại đặt nên van: Ung=0,1 - 1kV.
+ Tổn thất điện áp: ∆U = 0,7V.
2.4.Mạch bảo vệ Tiristor.
Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện áp quá l ớn so với điện áp đ ịnh
mức, ta gọi là quá điện áp, vì vậy cần mắc thêm m ạch bảo vệ quá đi ện áp.
Người ta chia ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp:
-Nguyên nhân nội tại: đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán d ẫn.
Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đ ổi ng ược
hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự
biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm
ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn
đến các Tiristor. Vì vậy giữa các anôt và catôt của Tiristor xuất hiện quá
điện áp.
-Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu
nhiên như khi cắt đóng tải một máy biến áp trên đường dây, khi một c ầu
chì bảo vệ chảy, khi có sấm sét…
Để bảo vệ mạch quá áp người ta thường dùng mạch L – C.


25

Hình: Mạch bảo vệ tiristor
Mạch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích t ụ

điện tích khi chuyển mạch gây nên
Mạch R – C đấu giữa các pha thứ cấp của máy biến áp là bảo vệ quá đi ện
áp do đóng cắt tải ( dòng điện từ hóa ) máy biến áp gây nên.
Thông số của R – C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc
độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng
điện từ hoá máy biến áp .v.v…v
Theo tính toán ta chọn được:
C = 0.22 μF
R = 50 Ω
2.5.Tính toán máy biến áp
- Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp:
U2 = 1,11.Ud ≈ 13,32 V
I2 = 1,11.Idmax ≈ 89 A
- Công suất biểu kiến máy biến áp:
S2 = U2.I2 = 13,32.89 = 1185VA.
- Chọn mạch từ 3 trụ , tiết diện tính theo công thức: