Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống ắc quy trên tàu hải quân

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


LÊ XUÂN CHÂU

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ
VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẮC QUY TRÊN TÀU HẢI QUÂN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số: 60.52.50

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Trung Hiếu

Phản biện 1: PGS.TS Ngô Văn Dưỡng
Phản biện 2: TS. Vũ Phan Huấn
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 13
tháng 5 năm 2017


1
MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài (Tính cấp thiết của đề tài)

Trong lực lượng của Hải quân hiện nay đã biên chế một số
chủng loại tàu có sử dụng ắc quy (AQ) là nguồn năng lượng chính
cho hệ thống năng lượng trên tàu. Thông thường tuổi thọ của AQ có
giới hạn từ 2 -5 năm tùy theo chế độ khai thác sử dụng và bảo quản.
Với quá trình hoạt động và bảo dưỡng AQ cho các tàu quân sự phải
tuân thủ nghiêm các cơ chế và quy trình, với những yêu cầu trên cho
thấy năng lượng xả của tổ hợp AQ là một nguồn năng lượng rất lớn,
tái tạo nguồn năng lượng này là một đòi hỏi cần thiết trong nhiệm vụ
quốc phòng hiện nay. Nhằm tiết kiệm tối đa nguồn tài nguyên có sẵn
và giảm chi phí cho phục vụ quốc phòng. Các AQ trên tàu trên tàu
gồm hai tổ hợp mắc song song với nhau, mỗi tổ hợp gồm 120 cái
mắc nối tiếp với nhau, mỗi AQ có công suất tối đa là 11,5kW. Một
trong những yêu cầu bắt buộc là định kỳ 3 tháng mỗi tổ hợp AQ trên
các tàu cần phải xả sâu để giải phóng các điện tử bám trên các cực
của AQ tránh hiện tượng sunfat hóa các điện cực, đây là một hoạt
động bắt buộc để tránh hiện tượng dung lượng ảo của AQ khi hoạt
động lâu dài. Khi phóng xả AQ trên tàu theo quy định giá trị dòng
điện đầu ra dao động từ 800 – 850A và dòng điện này được duy trì
trong suốt thời gian là 20h. Khi xả thì tàu yêu cầu phải đậu tại cảng,
hiện nay để xả nguồn năng lượng cho AQ bằng cách sử dụng hai
động cơ đẩy chân vịt dưới tàu quay ngược nhau và đốt nóng nước
biển thông qua các tấm bản cực sau đó xả lại xuống biển.
Do đó, với mong muốn sử dụng chính nguồn năng lượng này
tái tạo thành dạng năng lượng khác phù hợp để nạp lại các tổ hợp AQ
khác dưới tàu, bằng cách là chuyển hóa nguồn năng lượng xả với
dòng điện đầu ra không đổi thông qua bộ biến đổi DC-DC có thể
điều chỉnh điện áp và dòng điện cấp cho động cơ DC lai MFĐ để nạp


2

cho các tổ hợp AQ khác trên tàu. Hiện nay để nạp cho các AQ tại
bến đều sử dụng nguồn năng lượng chính là máy phát – diesel, với
mục đích là tận dụng các trang thiết bị sẵn có tại đơn vị.
II. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu đề xuất và thực hiện giải pháp thu lại năng lượng
từ quá trình xả của hệ thống AQ dựa trên bộ biến đổi điện tử công
suất lớn nhằm chuyển hoá nguồn năng lượng phóng xả của AQ một
chiều thành nguồn điện DC có cấp điện áp khác cấp cho động cơ DC
lai MFĐ xoay chiều 3 pha.
III. Ðối tƣợng và Phạm vi nghiên cứu
Tổ hợp AQ trên tàu.
Bộ chuyển đổi điện tử công suất lớn DC-DC.
IV. Phƣơng pháp nghiên cứu
Sử dụng các số liệu thực tế của các tổ hợp AQ trong quá
trình làm việc trên tàu Hải quân kết hợp với mô phỏng bằng phần
mềm Matlab để tính toán thiết kế hệ thống thu hồi năng lượng.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ứng dụng vào thực tế cho các đơn vị Hải quân để tận dụng
tối đa nguồn nguồn năng lượng có sẵn nhằm tiết kiệm năng lượng.
VI. Cấu trúc của luận văn:
Luận văn có tổng cộng là 03 chương bao gồm:
Chương 1: Những nội dung cơ bản về AQ trên tàu Hải quân
Chương 2: Các giải pháp thu hồi năng lượng từ hệ thống AQ
Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống thu hồi năng lượng từ
hệ thống AQ.
Kết luận và hướng phát triển


3
Chƣơng 1: NHỮNG NỘI DUNG CƠ BẢN VỀ ẮC QUY TRÊN

TÀU HẢI QUÂN.
1.2. Công dụng và cấu tạo AQ axít
1.2.1. Công dụng: AQ là nguồn năng lượng điện một chiều mà trong
nó ban đầu diễn ra sự tích luỹ năng lượng bằng cách biến đổi năng
lượng điện một chiều thành năng lượng hoá học, và sau đó trả lại
nguồn năng lượng này bằng cách biến đổi ngược lại từ năng lượng
hoá học thành năng lượng điện.
1.2.2. Cấu tạo AQ axít

Hình 1.1. Cấu tạo cơ bản của AQ axít
1.4. Nguyên lý làm việc chung của ắc quy
1.4.1. Quá trình nạp điện của ắc quy
Bộ nạp
O2

H2

Bộ nạp

H2SO4
H2O
H2O

Trọng lƣợng
riêng
Pb
PbSO4

PbO2
PbSO4

Hình 1.2. Minh họa quá trình điện hóa xảy ra khi nạp AQ axít


4
1.4.2. Quá trình phóng điện của ắc quy
- Tại cực dương: PbO2 + 2H+ + H2SO4 +2e → PbSO4 + 2H2O
- Tại cực âm: Pb +

SO24

→ PbSO4 + 2e

Phóng ← 2PbSO4 + 2H2O ↔PbO2 + 2H2SO4 + Pb → nạp
1.5. Các thông số của ắc quy
1.5.2.Các thông số cơ bản của AQ trên tàu Hải quân
- Chiều dài 600mm;
- Chiều rộng 400mm;
- Chiều cao ( không tính chiều cao của ống đưa nước làm mát
và ống khuấy dung dịch ) 1200mm;
- Chiều cao (tính cả ống lót)1220mm;
- Khối lượng có cả dung dịch điện ly (đầy dung dịch) 805 kg;
- Khối lượng không có dung dịch điện ly (khô) 635 kg;
Bao gồm
- Bản cực dương 58 cái;
- Bản cực âm 59 cái;
- Thanh nối có làm mát 2 cái (nối bản cực + và -);
- Thùng – 1 cái;
- Nút thông hơi 1 cái;
- Thiết bị khuấy trộn dung dịch.

- Tấm ngăn cách giữa các bản cực 116 cái;
- Nắp 1 cái;
- Ốc vặn đầu cực 12 cái;
- Thiết bị cách điện 1 cái ;
- Chân đế, trụ 2 cái;
AQ được chế tạo bằng block điện cực được bố trí trong thùng
đóng kín bằng sợi thủy tinh.


5
1.8. Đề xuất thông số chung của bộ xả cho hệ thống AQ
I,
U
A

800

256
(V)
204

t(h)

0
20

Hình 1.11. Đƣờng đặc tính xả (I,U) của một tổ hợp AQ
Dung lượng xả trong 1h của một tổ hợp AQ là 200kW, điện
áp là 256V, dòng điện xả là 800A, thời gian xả là 20h. Hiện tại
nguồn năng lượng này được xả bằng cách dùng hai động cơ lai chân

vịt ngược chiều nhau khi tàu tại bến, nó được xem là nguồn năng
lượng tiêu hao vô ích. Vì vậy, hướng luận văn nghiên cứu đề xuất
phương án sử dụng lại nguồn năng lượng này thành một dạng năng
lượng khác phục vụ lại quá trình khai thác và bảo quản AQ
1.9. Kết luận
Trong chương 1 đề cập đến những kiến thức liên quan đến
quá trình phóng nạp cơ bản của AQ axít nói chung và những đặc tính
riêng biệt đối với AQ axít trên tàu. Từ những yêu cầu trong các chế
độ khai thác, bảo dưỡng của AQ trên tàu cần tuân thủ nghiêm ngặt và
đúng quy trình nhằm tăng tuổi thọ cho AQ. Do đó, việc xả năng
lượng của AQ là một trong những yêu cầu bắt buộc để đảm bảo đặc
tính làm việc cho nên cần phải có phương án để tái tạo lại nguồn
năng lượng này một cách có ích và phục vụ lại chính quá trình làm
việc của AQ.


6
Chƣơng 2: CÁC GIẢI PHÁP THU HỒI NĂNG LƢỢNG TỪ HỆ
THỐNG AQ
2.1. Các dạng chuyển hóa năng lƣợng từ AQ
2.1.1. Chuyển hóa NL thành nhiệt năng để chƣng cất nƣớc biển
2.1.2. Trả năng lƣợng về nguồn bằng phƣơng pháp nghịch lƣu
2.1.3. Chuyển hóa năng lƣợng thành cơ năng quay MFĐ nạp cho

Nhóm
Ắc quy số1
(120 cái)

Converter
DC/DC

các hệ thống AQ khác

+
-

Nhóm
Ắc quy số 2
(120 cái)

Converter
DC/DC

MOTO DC
300-400KW

+

GENERATOR
3 phases 380VAC,
50Hz, 600KW

Rectifier

1500v/p

-

Hình 2.1. Mô hình động cơ DC lai máy phát điện xoay chiều
thông qua bộ chỉnh lƣu nạp cho AQ

Hình 2.2. Sơ đồ bốn chế độ nạp cho AQ ở chế độ nạp bổ sung


7
2.1.4. So sánh các phƣơng pháp thu hồi năng lƣợng từ AQ.
Phƣơng

Ƣu điểm

pháp thu hồi

Nhƣợc điểm

Chưng cất

- Thiết kế đơn giản.

- Liên tục thay các thiết bị

nước biển

- Chi phí ban đầu đốt sau mỗi lần xả.

thành nước

thấp

cất

- Tái sử dụng trong thấp vì phải tiếp xúc

- Tuổi thọ của các thiết bị

quá trình làm việc thường xuyên với môi
của hệ thống AQ.

trường nước mặn.
- Thiết bị cồng kềnh, qua
nhiều công đoạn.

Trả năng

- Thiết bị gọn nhẹ, bộ - Chi phí ban đầu tương

lượng về

inverter DC-AC

lưới.

- Ít hao mòn về thiết - Trả năng lượng về nguồn
bị.

đối cao.
chưa có cơ chế đầu ra nên

- Ít bị tổn hao về năng lượng đó được xem
công suất.

không có giá trị trong quá

- Giám sát dễ dàng.

trình tái sinh phục vụ lại

- Giảm được nhiều quá trình làm việc của AQ.
nhân viên vận hành, - Chất lượng điện lưới
giám sát, trực canh.

thiếu ổn định khó trong
quá trình kết nối lưới.

Chuyển hóa

- Tận dụng các thiết - Thiết bị cồng kềnh

năng lượng

bị, máy móc sẵn có.

thành cơ

- Chất lượng điện - Có khả năng thừa hoặc

năng quay

năng ổn định và ít thiếu công suất.

máy phát

sóng hài

- Có tổn hao về cơ khí.


8
Phƣơng

Ƣu điểm

pháp thu hồi
điện cấp

- Tái sinh năng lượng

nguồn nạp lại

cho quá trình làm

AQ khác.

việc của AQ. Tận

Nhƣợc điểm

dụng tối đa nguồn
năng lượng sẵn có.
2.2. Lựa chọn và tính toán các phần tử bộ DC/DC
2.2.1. Giới thiệu tổng quan về các bộ biến đổi DC/DC có cách ly

2.2.1.1. Bộ biến đổi kiểu Flyback

Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc của mạch Flyback
2.2.1.2. Mạch Forward
Thực chất mạch forward là một mạch giảm áp (buck) có bổ
sung thêm MBAđể cách ly giữa đầu vào và đầu ra

Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc mạch Forward
2.2.1.3. Mạch nửa cầu ( Half Bridge - HB)


9

Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc mạch Half Bridge
2.2.1.4. Mạch toàn cầu đôi chủ động - Dual active bridge ( DAB)

Hình 2.9. Giản đồ nguyên lý mạch DAB
2.3. Tổng quan về mạch DAB
2.3.2. Nguyên lý làm việc của mạch DAB
Các khóa S1,..S8 đươc điều khiển theo xung vuông bằng
phương pháp thay đổi góc lệch pha ( phase shift). Ở phần sơ cấp các
khóa sẽ được điều khiển chéo với nhau S1 và S3 sẽ cùng chung xung
điều khiển. S2, S4 sẽ cùng chung xung điều khiển và lệch 1800 với
xung của S1,S3. Tương tự như vậy, ở phía thứ cấp các IGBT cũng sẽ
được điều khiển theo từng cặp, (S5,S7) và (S6,S8). Hai cầu sẽ lệch


10
pha nhau 1 góc là φ. Như vậy tương ứng cặp (S5,S7) sẽ lệch pha với
cặp (S1,S3) một góc là φ, và cặp (S6,S8) sẽ lệch với cặp (S2,S4) một

góc φ. Góc lệch φ là một thông số rất quan trọng, nó không những
điều khiển lượng công suất truyền qua 2 cầu mà còn điều khiển
hướng truyền công suất.
Nếu 0<φ<180 , tức là cầu sơ cấp nhanh pha hơn cầu thứ cấp
thì công suất sẽ truyền từ VBat đến VMoto và ngược lại. Trong ứng
dụng này thì dòng công suất chỉ đi một chiều từ AQ đến động cơ
DC, do đó mạch DAB sẽ truyền công suất theo chiều thuận (từ V Bat
đến VMoto) ứng với góc lệch pha giữa 2 cầu là 0<φ<180.

Hình 2.18. Giản đồ xung làm việc của IGBT


11
2.3.3. Phƣơng án đề xuất mạch chuyển đổi DC/DC cho hệ thống
xả AQ

Hình 2.19. Sơ đồ bộ chuyển đổi DC/DC cho hai tổ hợp AQ dùng
IGBT

Hình 2.20. Sơ đồ của một nhánh của bộ chuyển đổi DC/DC


12
2.4. Các thông số đƣợc truyền qua mạch.
2.4.1. Công suất truyền qua mạch

Pout

 
n.Vin .Vout .  1  



[7]

2fL K

2.4.2. Dòng điện đầu ra của mạch DAB [7]

Iout

 
nVin . 1  
 

2fL k

(2.2)

Dòng điện hiệu dụng qua điện cảm rò là


i Lrms   



2
2
 (i1L ()) d   (i2L ()) d 


0






2

(i3L ())2 d 

 (i

4L

()) 2 d



2

2.4.3. Các tổn hao trong mạch DAB [7]
d. Hiệu suất của mạch DAB



P
*100%
P  Pt  PIGBT

(2.22)

2.5. Kết luận chƣơng
Trong chương hai nghiên cứu các dạng của các bộ chuyển
đổi DC-DC có cách ly và đưa ra giải pháp tối ưu. Với những yêu cầu
đặt ra đối với hệ thống thu nhận lại nguồn năng lượng từ AQ và phải
đảm bảo an toàn tuyệt đối cho toàn hệ thống thì giải pháp đưa ra là
lựa chọn được mạch chuyển đổi tối ưu về nhiều mặt như bộ chuyển
đổi DAB. Khi đã có được phương thức tối ưu và tính toán các thông
số để lựa chọn các phần tử trong mạch cho phù hợp và chương tiếp
theo sẽ tính toán cụ thể cho các linh kiện trong mạch DAB.


13
Chƣơng 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI
NĂNG LƢỢNG TỪ HỆ THỐNG ẮC QUY.
3.1. Tính chọn các phần tử chủ động trong hệ thống
Công suất cực đại của một nhánh DC/DC: P = 50kW
Điện áp đầu vào bộ DAB

: Vin = 256VDC

Điện áp đầu ra bộ DAB

Vout = 250-300VDC

Góc lệch giữa 2 cầu

φ = 0÷π

Tần số chuyển mạch

f = 28000Hz

Tỉ số biến áp

n=1

Dòng điện Iout của mạch luôn nằm trong dải ổn định từ 200 –
205A trong thời gian 20h (Ở đây chỉ xem xét một nhánh mắc song
song chịu giá trị mỗi nhánh là 100A).
3.1.1. Tính chọn điện cảm rò.
Ta có công thức tính dòng điện ra.

I out

 
 
nVin .  1  
nVin    1  





 Lk 
2fLk
2fI out

Bảng 3.1. Giá trị góc lệch để dòng điện đầu ra cực đại

Lk (μH)

φmax(độ)

3

28

4

41

5

55

6

90

3.1.2. Tính chọn IGBT

iigbt  i Lrms .D 

i Lrms
2

(3.1)

Giá trị I hiệu dụng max qua điện cảm rò ILrms= 342(A) do đó

14
i
342
i IGBT  i Lrms .D  Lrms 
 171A
2
2
3.1.3. Tính chọn tối ƣu mạch DAB
Tổn hao dẫn IGBT

Pcond  N.R cond .I

2
igbt

I 
 4.0,018.  Lrms 
 2 

2

Tổn hao chuyển mạch IGBT
Psw  Eoff .f  (Eoff1  Eoff 2 )  f 

Tổn hao máy biến áp
2
2
Pt  Pcu  Pfe  R cu .ILrms

 2%Pout  0,1 ILrms
 2%Pout
P

.100%
Hiệu suất của mạch
P  Pt  PIGBT

Hình 3.3. Biểu đồ hiệu suất của mạch DAB thay đổi theo V0


15
Dựa trên biểu đồ có thể thấy rằng hiều suất chung của mạch
DAB tương ứng với giá trị điện cảm rò là LK = 3μH tương đối cao
cao (86,5%), do đó ta chọn giá trị điện cảm rò tối ưu là Lk= 3μH.

Hình 3.4. Hiệu suất của nhiều mạch nhánh
3.2. Tính toán thiết kế mạch điều khiển
Dòng điện ra của bộ sạc là giá trị phụ thuộc vào góc lệch giữa
2 cầu φ theo như biểu thức:

I out 

 
nVin .  1  
 
2 fL k


16

3.2.1. Sơ đồ nguyên lý chung của bộ điều khiển hệ.
120
Ắc quy

Điên áp (V),
Dòng điện (A)

SOC (%)

SOC (%)

Tính toán giá trị
góc lệch

Bộ phát xung điều
khiển

Td(s)

Tính toán giá trị
thời gian trễ xung
điều khiển

Giá trị góc
lệch φ

So sánh với giá trị
điện áp và
dòng điện đặt

Chân điều khiển
IGBT

Xung đk

Hình 3.5. Sơ đồ khối bộ điều chỉnh
Mối quan hệ giữa trạng thái xả (SOC) và góc lệch pha :





  1  SOC  20  bd
Với: SOC: trạng thái xả của AQ.

bd : Góc lệch ban đầu ứng với quá trình xả
3.2.2. Xây dựng mô hình điều khiển trong phần mềm MATLAB
Điện áp

>204V

SOC

>20%

Dòng điện

Σ

1

In Out
Khuếch đại xung

Tín hiệu xung

100-125A

Điều khiển IGBT

Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc chung của mạch điều khiển
Sơ đồ cấu trúc tính toán thời gian trễ.
SOC(%)

+

-

-

+

20

1

>20%

Giá trị đặt

-K-

-K-

1

Góc lệch ban đầu

T/360

Td


17
Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc khối tính toán thời gian trễ
3.3. Mạch mô phỏng đề xuất

Hình 3.8. Sơ đồ cấu trúc của một nhánh chịu dòng tải 50A, 256V
3.4. Các kết quả mô phỏng trong Matlab
Điện áp và dòng điện rò qua cuộn dây của MBA cách ly

Hình 3.15. Điện áp (màu xanh), dòng điện rò (màu vàng) qua
cuộn dây MBA


18

Hình 3.16. Dòng điện đầu ra của bộ DAB trong khoảng thời gian
0,0183s (từ 51,1 – 50,8A)
3.5. Tính toán hiệu quả của hệ thống và kết luận

3.5.1. Tính toán giá thành cho bộ chuyển đổi DC-DC DAB
Số lượng IGBT: 2 nhóm x 4 nhánh x 8 IGBT = 64
Biến áp cách ly: 2 cái/DAB x 4 nhánh x 2 nhóm = 16
Tụ lọc: 2 cái/DAB x 4 nhánh x 2 nhóm = 16
Bảng 3.4. Bảng giá thành các thiết bị
Tên thiết bị
IGBT + Modul 200A – 600V

SL

Giá thành
($)

Tiền ($)

64

87

5,440

Biến áp cách ly 15kW – 450V

16

150

2,400

Tụ lọc

16

99

1,584

(eBay)

Dây kết nối các loại (dây điều

1,000


19
Tên thiết bị

SL

Giá thành

Tiền ($)

($)

khiển và dây động lực)
Hệ thống làm mát + Các thiết

200

bị phụ trợ
Công + các chi phí khác

10,000

Tổng

20,624

Chi phí bảo dưỡng

10%

2,063

Tổng chi phí
Giá $ = 22000đ

22,686
499,100,800

3.5.2. Tính toán lƣợng tiêu hao nhiên liệu cho mỗi kW điện
Lượng tiêu hao nhiên liệu thực tế của diesel cho 1 giờ là 205
lít. Nếu tính cho cả thời gian hoạt động là khoảng 19h thì mức tiêu
hao nhiên liệu sẽ là 3895 lít.
Từ sơ đồ thời gian nạp ở hình 2.2 ta có thể suy ra được tổng
công suất cần nạp cho AQ sẽ là [(3600 x 4) + (1800 x 1.5) + (900 x
1.5) + (400 x 11)] x 256 ≈ 5,850MW. Do đó ta có thể quy đổi để
được 1kW điện sẽ tiêu tốn là 0.67 lít.
Năng lượng chuyển đổi có thể được tính như sau:

Hiệu suất bộ chuyển đổi là 0,85
Hiệu suất chuyển đổi máy phát điện là 0,95
Hiệu suất của động cơ DC lai máy phát là 0,9
Năng lượng từ AQ thu về là (256 x 800) x 2 x 20 = 8,2MWh
Điện năng thu được ở đầu ra máy phát là:
8200 x 0,85 x 0,95 x 0,9 = 6MWh


20
Với giá dầu hiện nay là 13,720đ/lít thì hiện nay giá 1kW điện
nạp cho AQ khi chạy bằng MF diesel sẽ là 9135đ/kW. Tổng lượng
dầu tiêu hao để sản xuất ra 6MW sẽ là 53,439 triệu đồng.
Với mỗi tàu một năm có 4 lần xả và tổng cộng 6 tàu vậy có
tất cả 24 lần xả trong 1 năm. Do đó, số tiền tiết kiệm trong một năm
vào khoảng 1,28 tỷ đồng. Nếu tuổi thọ của bộ xả có thể làm việc
trong 5 -7 năm thì ta có thể thu về số tiền tương ứng khoảng từ 6,24
– 8,97 tỷ.
3.6. Kết luận chƣơng
Chương này tập trung tính toán các giá trị về điện áp và dòng
điện trên một nhánh nhỏ của bộ chuyển đổi nhằm đưa ra những giải
pháp phù hợp trong việc lựa chọn các linh kiện đảm bảo đầy đủ công
suất và giảm giá thành của sản phẩm. Đặc biệt là đối với sự lựa chọn
mạch DAB có thể truyền công suất được cho cả hai chiều cho nên
việc tính toán cụ thể là hết sức cần thiết để lựa chọn góc mở và độ
lệch của hai cầu dẫn nhằm xác định hướng truyền công suất qua
mạch. Trên cơ sở lý thuyết chung về điện tử công suất, bộ chuyển
đổi DC-DC cách ly và thực tế tính toán để đảm bảo cho hướng
truyền công suất đi theo một chiều từ AQ đến phụ tải, không cần
truyền công suất ngược lại thì góc φ = 0 ÷ π.

21
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Trên cơ sở tính toán giữa lý thuyết và thực tế của luận văn
cho thấy việc thu hồi năng lượng từ AQ của các tàu Hải quân có
nhiều phương pháp để thực hiện. Tuy nhiên giải pháp dùng bộ
chuyển đổi DC-DC dùng mạch DAB là mạch chuyển đổi nguồn điện
DC có thể điều chỉnh được dòng điện đầu ra ổn định cung cấp nguồn
cho động cơ DC để lai MFĐ. Hệ thống này có nhiều mặt ưu điểm
hơn như tận dụng được những trang thiết bị sẵn có tại đơn vị (MFĐ,
động cơ DC dự phòng lai chân vịt, bộ chuyển đổi điện áp nạp cho
AQ) cung cấp lại nguồn điện nạp cho AQ khác hoặc cũng chính từ
nó có thể nối lưới vì điện áp do MFĐ tạo ra thuần sin không gây hại
nhiều cho lưới, tuy nó là thiết bị hơi cồng kềnh về kết cấu cũng như
gây ra tổn thất nhưng đảm bảo sự làm việc tin cậy và an toàn cho
toàn bộ thiết bị khác.
Trong chương 1 là những lý thuyết liên quan đến những đặc
tính của AQ axít nói chung và AQ trên tàu Hải quân nói riêng.
Những đặc thù riêng biệt của AQ trên tàu khi nó là nguồn năng
lượng chính do đó có những quy định rất nghiêm ngặt trong khai
thác và bảo quản. Quá trình bảo dưỡng AQ cần phải phóng xả và
nguồn năng lượng này để giải phóng các điện tử bám vào các cực
của AQ, khi xả nguồn năng lượng này rất lớn và nó đang tiêu hao vô
ích thông qua quay hai động cơ lai chân vịt quay ngược chiều nhau
khi tàu neo tại bến hoặc đốt nóng nước biển trong suốt thời gian là
20h.
Với chương 2 của luận văn đã đưa ra phương án nhằm thu
hồi năng lượng xả của AQ, do yêu cầu đòi hỏi phải cách ly và đảm
bảo an toàn cho toàn hệ thống thiết bị cũng như tận dụng các trang
thiết bị hiện có thì trong chương này đã đưa ra phương án sử dụng bộ

chuyển đổi cách ly DC-DC để cấp nguồn với dòng điện không đổi


22
cho động cơ DC lai MFĐ xoay chiều. Với những phần lý thuyết đã
đưa ra thì trong trường hợp này sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC có
cách ly theo nguyên lý mạch DAB (Dual Active Bridge) là có nhiều
ưu điểm như có thể chia thành nhiều nhánh nhỏ, điều khiển được
dòng điện và điện áp đầu ra, chuyển mạch mềm ít tổn hao…Mỗi
nhánh nhỏ sẽ chịu dòng điện là khoảng 50A, với dòng điện này thì
quá trình làm mát thiết bị sẽ đơn giản hơn.
Phần nội dung còn lại của luận văn là tính toán các giá trị các
linh kiện trong mạch DAB bao gồm thiết bị chủ động và bị động
trong mạch thông qua đó để tính toán giá thành cho các chi phí phải
bỏ ra làm cơ sở tính toán giá trị kinh tế mang lại cho toàn bộ hệ
thống trong quá trình thu hồi năng lượng. Kết quả cho thấy lợi ích
mang lại rất lớn về kinh tế nhưng cái quan trọng hơn nữa là kéo dài
được tuổi thọ của các động cơ đang làm việc trên tàu, hơn nữa nếu có
cơ chế cụ thể khi nối lưới điện quốc gia thì phương pháp này cũng
rất an toàn không gây nhiễu về sóng hài như khi dùng bộ chuyển đổi
điện tử công suất lớn.
Là một trong những hoạt động quân sự cho nên khi ứng
dụng vào thực tế cần có nhiều đánh giá sự ảnh hưởng đến sự an toàn
của thiết bị, mục đích của hướng nghiên cứu là đưa ra giải pháp cách
ly sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa hai nguồn AQ khác nhau và đảm bảo
an toàn cao cho các thiết bị và nguồn năng lượng. Thực tế có thể
triển khai để thu hồi nguồn năng lượng xả của AQ để tái tạo thành
nguồn năng lượng có ích.

23
Danh mục tài liệu tham khảo
Tiếng việt
[1]. Cục Kỹ thuật Hải quân, Quy tắc khai thác các trang thiết bị điện
tàu, 2006
[2]. PGS.TS Nguyễn Huy Sinh, Giáo trình nhiệt học, NXB giáo dục.
[3]. Nguyễn Văn Liễn – Bùi Quốc Khánh, Điều chỉnh tự động truyền
động điện, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
[4]. Nguyễn Bính , Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học - kỹ
thuật.
[5]. PGS.TS. Nguyễn Phùng Quang, MATLAB – Simulink dành cho
kỹ sư điều khiển tự động , NXB KH & KT Hà Nội, 2006.
Tiếng anh
[6]. />[7]. Bengt Johansson, Improved Models for DC-DC Converters
[8] J. David Irwin,
Power electronics the handbook
[9].W. Kramer, S. Chakraborty, B. Kroposki, and H. Thomas,
Advanced Power Electronic Interfaces for Distributed Energy
Systems
Một số bài báo trên IEEE
[10]. Abdelhafid EI Bouhal,
Isolated Bi-directional DC-DC
Converter for a PEM Fuel Cell nergy Management System EPE
2005-05
[11]. RERUCHA Vladimir, BI-DIRECTIONAL DC-DC
CONVERTERS FOR SUPERCAPACITOR BASED ENERGY
BUFFER FOR ELECTRICAL GEN-SETS
Các trang web tham khảo giá
[12]. />[13]. />