Thiết kế mạch nạp ác quy - Đồ án tốt nghiệp BKHN chuyên ngành tự động hóa

LỜI CÁM ƠN
Trong q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp, em đã gặp khơng ít khó khăn.
Những kiến thức ở trường cho em hiểu rõ lý thuyết tổng quan, nhưng thực tế đòi hỏi
em phải biết vận dụng linh hoạt những lý thuyết đã được học. Tuy nhiên em đã nhận
được rất nhiều sự hướng dẫn, góp ý và giúp đỡ nhiệt tình từ thầy cơ, em xin gửi lời
cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị
cho em những kiến thức cần thiết và bổ ích, tạo nền tảng kiến thức chuyên ngành đồng
thời tạo cho chúng em một mơi trường học tập tốt để hồn thiện thêm kỹ năng chun
mơn cũng như hồn thiện tốt đồ án này.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Võ Minh
Chính đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, chu đáo để giúp em hoàn thành tốt đồ án
này.
Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội , Ngày 20 Tháng 5 Năm 2018
Sinh viên thực hiện

Trần Đăng Thịnh


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp này hoàn toàn là do tự bản thân thực hiện có
sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn và khơng sao chép các cơng trình nghiên cứu của
người khác. Các số liệu, thơng tin sử dụng trong bài là có nguồn gốc và được trích dẫn
rõ ràng và hồn tồn đúng với thực tế.
Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này!
Hà Nội , Ngày 20 Tháng 5 Năm 2018
Sinh viên thực hiện

Trần Đăng Thịnh

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, CÔNG THỨC
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY.........................................................1
1.1. Giới thiệu chung về acquy 1
1.2. Cấu tạo của bình acquy axit 1
1.2.1.Vỏ bình

2

1.2.2. Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực 2
1.2.3. Dung dịch điện phân

3

1.2.4. Nắp, nút và thanh nối

4

1.3. Q trình biến đổi hố học trong acquy axit
1.3.1. Các đặc tính của acquy axit

4

5

1.3.2. Sức điện động của acquy axit 5
1.3.3. Dung lượng của acquy 6
1.3.4. Đặc tính phóng của acquy axit 6

1.3.5. Đặc tính nạp của acquy 8
1.4. Các phương pháp nạp điện cho acquy

9

1.4.1. Phương pháp nạp acquy với dịng nạp khơng đổi

9

1.4.2. Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi
1.4.3. Phương pháp nạp dòng áp

11

12

1.4.4. Kết luận 12
Chương 2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU..................................................14
2.1. Giới thiệu chung

14

2.2. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng

14

2.2.1. Sơ đồ nguyên lý 14
2.2.2. Dạng điện áp

15

2.2.3. Nguyên lí hoạt động

16

2.2.4.Nhận xét 16
2.3. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
2.3.1. Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp

17

17


2.3.2. Nguyên lý hoạt động

19

2.3.3. Nhận xét 19
2.4. Chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha không đối xứng20
2.4.1. Sơ đồ nguyên lí 20
2.4.3. Nguyên lí hoạt động

21

2.4.4. Nhận xét 23
2.5. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng 23
2.5.1. Sơ đồ

23

2.5.2. Dạng điện áp

24

2.5.3. Nguyên lý hoạt động

25

2.5.4. Một số công thức cơ bản

25

2.5.5. Nhận xét 25
2.6. Kết luận

25

Chương 3 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC..................................................26
3.1. Sơ đồ mạch lực

26

3.2. Tính tốn mạch lực 27
3.2.1 Tính lựa chọn các van

27

3.2.2. Tính tốn mạch bảo vệ q điện áp

29

3.2.3. Tính tốn mạch bảo vệ q dịng

30

3.2.4. Tính tốn mạch bảo vệ ngắn mạch, q tải

30

3.2.5. Tính tốn máy biến áp 30
Chương 4 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN...........................33
4.1. Mục đích và yêu cầu 33
4.2. Nguyên tắc điều khiển

34

4.2.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
4.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” 35
4.3. Sơ đồ khối và chức năng
4.4 Khâu đồng pha

37

4.5. Khâu tạo xung đồng bộ
4.6. Khâu tạo điện áp tựa 40
4.7. Khâu so sánh 41

36
38

34


4.8. Khâu phản hồi

43

4.8.1. Phản hồi dòng điện

43

4.8.1. Phản hồi điện áp 44
4.9. Khối chuyển mạch nạp

45

4.10. Khâu tạo xung chùm

46

4.11. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung 47
4.12. Khối nguồn nuôi mạch điều khiển
4.13. Mạch điều khiển

51

53

Kết Luận..................................................................................................................... 58

Tài liệu tham khảo.....................................................................................................59


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, CƠNG THỨC
Hình 1.1. Cấu tạo bình acquy.........................................................................................1
Bảng 1.1. Trạng thái năng lượng của acquy quan hệ với quá trình biến đổi hóa học của
các bản cực và dung dịch điện phân...............................................................................5
Hình 1.2. Sơ đồ mạch phóng và đặc tính phóng của acquy............................................7
Hình 1.3. Sơ đồ mạch nạp và đường đặc tính nạp..........................................................8
Hình 1.4. Nạp với dịng điện khơng đổi.......................................................................10
Hình 1.5. Nạp với điện áp khơng đổi...........................................................................11
Hình 1.6. Phương pháp nạp dịng áp cho acquy...........................................................13
Hình 2.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng.......................................14
Hình 2.2. Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha...............................15
Hình 2.3. Mạch chỉnh lưu cầu một pha khơng đối xứng..............................................17
Hình 2.4. Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha khơng đối xứng.....18
Hình 2.5. Mạch chỉnh lưu điều khiển khơng đối xứng cầu ba pha...............................20
Hình 2.6.Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển khơng đối xứng cầu ba pha........21
Hình 2.7. Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha..........................................23
Hình 2.8. Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha..................24
Hình 3.1. Sơ đồ mạch lực............................................................................................26
Hình 3.2. Sơ đồ máy biến áp........................................................................................30
Hình 4.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính..............................................34
Hình 4.2. Ngun tắc điều khiển thẳng đứng “ARCCOS”...........................................35
Hình 4.3. Sơ đồ khối bộ điều khiển.............................................................................36
Hình 4.4. Mạch đồng pha.............................................................................................37
Hình 4.5. Khâu tạo xung đồng bộ................................................................................38
Hình 4.6. đồ thị điện áp đầu ra của khâu đồng bộ........................................................39
Hình 4.7. Khâu tạo điện áp răng cưa............................................................................40
Hình 4.9. Khâu so sánh................................................................................................42

Hình 4.10. Đồ thị điện áp đầu ra khâu so sánh.............................................................42
Hình 4.11. Khâu phản hồi dịng điện...........................................................................43
Hình 4.12. Khâu phản hồi điện áp...............................................................................44
Hình 4.13. Khâu chuyển mạch nạp..............................................................................45
Hình 4.14. Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp khâu tạo xung chùm....................................46
Hình 4.15. Khâu khuếch đại xung................................................................................47
Hình 4.16. Khối nguồn ni mạch điều khiển.............................................................51
Hình 4.17. Máy biến áp nguồn.....................................................................................52
Hình 4.18. Mạch điều khiển.........................................................................................54
Hình 4.19. Điện áp đầu ra mạch điều khiển..........................................................54
Hình 4.20. Mạch mơ phỏng......................................................................................54
Hình 4.21. Điện áp đầu ra mạch mô phỏng..................................................................57


Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, cùng với sự phát triển đi lên của khoa học kỹ thuật, rất nhiều thành tựu
mới và được áp dụng vào những lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp, đáp ứng đầy
đủ mọi nhu cầu sử dụng của con người. Cùng với đó ngành Điện - Tự động hố đóng
một vai trị hết sức quan trọng và đặc biệt hơn nữa Điện tử công suất là công nghệ biến
đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn cơng suất
đóng vai trị trung tâm.
Ngày nay hầu như tất cả các máy móc trong công nghiệp cũng như trong cuộc
sống đều cần sử dụng điện năng. Trên thực tế, có những lúc rất cần nguồn năng lượng
điện mà khi đó ta lại khơng thể lấy được điện từ lưới được được
Bộ nạp acquy tự động được sử dụng rộng rãi trong nhiều nơi, nếu thiếu nó sẽ
khơng có nguồn điện vận hành, dự trữ cho các máy móc thiết bị mà các nguồn năng
lượng điện khác không thể cung cấp đựơc đồng thời không thể đáp ứng được các chỉ

tiêu kinh tế kỹ thuật.
2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đồ án này chúng em đã cố gắng tìm hiểu những kiến thức và công nghệ trong
lĩnh vực điều khiển các phần tử bán dẫn công suất. Với yêu cầu thiết kế bộ nạp acquy
tự động, chúng em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ sao cho bản
thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế.
Mặc dù chúng em rất cố gắng tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em làm đồ án
tốt nghiệp, trình độ hiểu biết cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những sai
sót, chúng em mong nhận được sự góp ý của các thầy cơ để giúp chúng em hiểu rõ hơn
các vấn đề cũng như để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Minh Chính đã tận tình hướng dẫn giúp em
hoàn thành bản đồ án này
Hà Nội , Ngày 20 Tháng 5 Năm 2018
Sinh viên thực hiện
Trần Đăng Thịnh
1


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUY
1.1. Giới thiệu chung về acquy
Acquy là nguồn hố hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khác nhau, nó
cung cấp dịng điện một chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trong
dân dụng. Khi sử dụng, acquy phóng hết dung lượng trong nó. Lúc đó, ta tiến hành nạp
điện cho nó và acquy lại tiếp tục được tích trữ và phóng điện được. Acquy thể hiện
nhiều chu kỳ phóng nạp nên ta có thể sử dụng được lâu dài.
Trên thực tế hiện nay có nhiều loại acquy nhưng phổ biến và thường sử dụng
nhất là hai loại acquy: acquy axit (acquy chì) và acquy kiềm. Tuy nhiên, thơng dụng
nhất từ trước tới nay vẫn là acquy axit vì acquy axit có một vài tính năng tốt hơn acquy

kiềm như sau:
+ Sức điện động cao (với acquy axit là 2V, acquy kiềm là 1,2V).
+ Trong q trình phóng, sự sụt áp của acquy axit nhỏ hơn so với acqui kiềm.
+ Giá thành của acquy axit rẻ hơn so với acquy kiềm.
+ Điện trở trong của acquy axit nhỏ hơn so với acquy kiềm.
1.2. Cấu tạo của bình acquy axit
Bình acquy thơng thường gồm vỏ bình các bản cực, các tấm ngăn và dung dịch
điện phân.

Hình 1.1. Cấu tạo bình acquy

1


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

1.2.1.Vỏ bình
Hiện nay, vỏ bình acquy axit được chế tạo bằng nhựa ebonit hoặc anphantopec
hay cao su nhựa cứng chịu axit và có khả năng cứng vững, chống va đập.
Phía trong vỏ bình tuỳ theo điện áp danh định của acquy mà chia thành các
ngăn riêng biệt và các vách ngăn này được ngăn cách bởi các ngăn kín và chắc. Mỗi
ngăn được gọi là một ngăn acquy đơn.
Trên mỗi ngăn acquy có các nắp làm kín, có nút để kiểm tra và bổ xung dung
dịch điện phân. Trên nút có lỗ thơng hơi, tránh cho áp suất trong ngăn acquy bị tăng
quá cao trong q trình thực hiện phản ứng hố học. Cầu nối bằng chì để nối tiếp các
ngăn của bình acquy.
Đáy vỏ bình có làm các gân, một mặt làm tăng độ cứng cho vỏ, mặt khác để đỡ
các phân khối bản cực tránh hiện tượng chập mạch bên trong acquy do các chất tác
dụng rơi xuống đáy bình trong quá trình sử dụng.
Bên ngồi vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có thể

được gắn các quai xách để việc di chuyển được dễ dàng hơn.
1.2.2. Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực
Phân khối bản cực gồm: phân khối bản cực dương và phân khối bản cực âm.
Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau. Cấu tạo của một bản cực
trong acquy gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó. Khung xương của
bản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì có pha thêm 6÷
8% antimon (Sb) và tạo hình dạng mặt lưới để tăng độ bền cơ học. Phụ gia Sb thêm
vào chì sẽ làm tăng thêm độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành phần của chất
tác dụng cịn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền
của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện phân dễ thấm sâu vào trong
lịng bản cực, đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực
cũng được tăng thêm. Phần đầu mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc qui
đơn được hàn với nhau tạo thành phần khối bản cực dương, các bản cực âm hàn với
nhau tạo thành phân khối bản cực âm. Số lượng các cặp bản cực trong mỗi ắc qui đơn
thường từ 5 ÷ 8, bề dầy tấm bản cực dương của các ắc qui trước đây khoảng 2mm
ngày nay với các công nghệ tiên tiến đã giảm xuống cịn từ 1,3÷ 1,5 mm, bản cực âm
thường mỏng hơn 0,2÷ 0,3 mm. Số bản cực âm trong acquy đơn nhiều hơn số bản cực
2


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

dương một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực
dương.
Các bản sau khi được trát đày 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 lỗng và nạp
với dịng điện một chiều với trị số nhỏ. Sau quá trình như vậy chất tác dụng ở các bản
cực dương hoàn toàn trở thành PbO 2 ( màu gạch sẫm). Sau đó các bản cực dương được
đem rửa, sấy khô và lắp ráp.
Những phân khối bản cực cùng tên trong một acqui được hàn với nhau tạo

thành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn để nối ra
tải tiêu thụ. Chú ý nếu ta muốn tăng dung lượng của acquy thì ta phải tăng số tấm bản
cực mắc song song trong một acquy đơn. Thường người ta lấy từ 5÷8 tấm. Cịn muốn
tăng điện áp danh định của acquy thì ta phải tăng số tấm bản cực mắc nối tiếp.
1.2.3. Dung dịch điện phân
Dung dịch điện phân trong bình acquy là loại dung dịch axit sunfric (H 2SO4)
được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ qui định tuỳ thuộc vào
điều kiện khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn. Nồng độ dụng dịch axit sunfric γ =
(1,1 ÷ 1,3) g/ cm3 . Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động
của acquy.
Nhiệt độ mơi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân với
các nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không quá
1,1g/cm3 . Với các nước lạnh (vùng cực), nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới
1,3g/cm3. Trong điều kiện khí hậu nước ta thì mùa hè nên chọn nồng độ dung dịch
khoảng (1,25 ÷ 1,26) g/cm3, mùa đơng ta nên chọn nồng độ khoảng 1,27g/cm 3.. Cần
nhớ rằng : nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chóng hỏng bản cực, dễ bị
sunfat hoá trong các bản cực nên tuổi thọ của acquy cũng giảm đi rất nhanh. Nồng độ
quá thấp thì điện dung và điện áp định mức của acquy giảm và ở các nước xứ lạnh thì
dung dịch vào mùa đơng dễ bị đóng băng.
Chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho acquy:
+

Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại kỹ thuật

thông thường và nước không phải là nước cất vì dung dịch như vậy sẽ làm tăng cường
độ quá trình tự phóng điện của acquy.
3


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

+

Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh, chất dẻo chịu axit. Chúng

phải sạch, khơng chứa các muối khống, dầu mỡ hoặc chất bẩn...
+

Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế, tuyệt đối không được đổ nước

vào axit đặc mà phải đổ từ từ axit vào nước và dùng que thuỷ tinh khuấy đều.
1.2.4. Nắp, nút và thanh nối
Nắp được làm bằng nhựa ebonit hoặc bằng bakelit. Nắp có hai loại:
+ Từng nắp riêng cho mỗi ngăn.
+ Nắp chung cho cả bình - loại này kết cấu phức tạp nhưng độ kín tốt.
Trên lắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào các ngăn và kiểm tra mức dung dịch điện
phân, nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong acquy.
Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân không bị
bẩn và sánh ra ngồi. Ở nút có lỗ nhỏ để thơng khí từ trong bình ra ngồi lúc nạp ác
quy.
Nắp một số loại acquy có lỗ thơng khí riêng nằm sát lỗ đổ, kết cấu như vậy rất thuận
tịên cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình acquy. Trong trường hợp này, ở nút
khơng có lỗ thơng khí nữa.
Thanh nối thường làm bằng chì, dùng để nối các ngăn acquy đơn với nhau.
1.3. Q trình biến đổi hố học trong acquy axit
Acquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới
dạng hố năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng.Quá trình acquy cung
cấp điện cho mạch ngồi gọi là q trình nạp điện. Phản ứng hố học biểu diễn q
trình chuyển hố năng lượng của acquy có dạng:
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ↔ 2PbSO4 + 2H2O

4


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Trạng thái acquy

Bản cực dương

Dung dịch điện

Bản cực âm

Nạp no

PbO2

phân
H2SO4

Pb

↨

↨

↨

↨

Phóng điện hết
PbSO4
H2 O
PbSO4
Bảng 1.1. Trạng thái năng lượng của acquy quan hệ với quá trình biến đổi
hóa học của các bản cực và dung dịch điện phân
Từ bảng 1.1, ta thấy trong quá trình phóng, nạp, nồng độ dung dịch điện phân của
acquy thay đổi. Khi acquy phóng điện, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần; khi
acquy được 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 acquy.
1.3.1. Các đặc tính của acquy axit
Mỗi ngăn của bình acquy là một acquy đơn có đầy đủ các tính chất đặc trưng
cho cả bình. Sở dĩ người ta nối tiếp nhiều ngăn lại thành bình acquy là để tăng điện áp
định mức của bình acquy. Do đó khi nghiên cứu đặc tính của bình acquy ta chỉ cần
khảo sát một bình acquy đơn là đủ.
1.3.2. Sức điện động của acquy axit
Sức điện động của acquy axit phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực, tức
là phụ thuộc vào đặc tính lý hố của vật liệu làm các bản cực và dung dịch điện phân
mà khơng phụ thuộc vào kích thước của các bản cực.
Sức điện động của acquy chì - axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân.
Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm:
E0 = 0,85 + γ
Trong đó:
+

E0: Sức điện động tĩnh của acquy đơn, tính bằng vôn.

+

γ: Nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ 15˚C, g/cm3

Trong q trình phóng điện, sức điện động của acquy được tính theo được cơng thức:
Ep = Up + Ip.raq
Trong đó:
5


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

+ Ep: Sức điện động của ắc qui phóng điện.
+ Ip: Dịng điện phóng.
+ Up: Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện.
+ raq: Điện trở trong của acquy khi phóng điện.
Trong q trình nạp điện, sức điện động En acquy được tính theo cơng thức:
En = Un - In.raq
Trong đó:
+ En: Sức điện động của acquy nạp điện.
+ In: Dòng điện nạp.
+ raq: Điện trở trong của acquy khi nạp điện.
1.3.3. Dung lượng của acquy
Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng
lượng của acquy cho phụ tải, và được tính theo cơng thức:
Cp = Ip.tp (A.h)
Trong đó:
+ Cp: Dung lượng thu được trong q trình phóng điện, A.h
+ Ip: Dịng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp
Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của
acquy và được tính theo cơng thức:

Cn = In.tn (A.h)
Trong đó:
+

Cn: Dung lượng thu được trong quá trình nạp điện, A.h

+

In : Dịng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tn

1.3.4. Đặc tính phóng của acquy axit
Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức
điện động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi
dịng điện phóng khơng thay đổi.

6


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Hình 1.2. Sơ đồ mạch phóng và đặc tính phóng của acquy
Từ đồ thị ta có các nhận xét sau:
Trong khoảng thời gian phóng từ t p =0 cho tới điểm tp = tgh, sức điện động, điện
áp và nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ
dốc của các đồ thị là không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian
phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện (dịng điện phóng ) của
acquy.
Từ thời điểm tgh trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột nếu ta tiếp tục cho
acquy phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh, mặt
khác các tinh thể sunfat chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thơ, rắn, khó

hồ tan ( biến đổi hố học) trong q 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 E p,Up,γ tại tgh gọi là
các giá trị giới hạn phóng điện cho pho phép của acquy.

7


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động,
điện áp của acquy, nồng độ của dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đó là thời gian
hồi phục hay khoảng nghỉ của acquy, thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ
phóng điện của acquy (dịng điện phóng và thời gian phóng ).
Để đánh giá khả năng cung cấp điện của acquy có cùng điện áp danh nghĩa,
người ta quy định so sánh dung lượng phóng điện thu được của acquy khi tiến hành thí
nghiệm ở chế độ phóng điện cho phép là 20h. Dung lượng phóng trong trường hợp này
được kí hiệu là C20.
1.3.5. Đặc tính nạp của acquy
Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện
động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng
điện nạp khơng thay đổi.

Hình 1.3. Sơ đồ mạch nạp và đường đặc tính nạp
8


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét sau:
+

Trong khoảng thời gian nạp từ tn = 0 đến tn= ts, sức điện động, điện áp,

nồng độ dung dịch điện phân tăng dần lên.
+

Tới thời điểm tn =ts trên bề mặt các bản cực xuất hiện các bọt khí do

dịng điện điện phân nước thành O2 và H2 (còn gọi là hiện tượng sôi), lúc này trên điện
thế giữa các cực của acquy đơn tăng tới giá trị 2,4V. Nếu ta tiếp tục nạp giá trị này
nhanh chóng tăng tới 2,7V và giữ nguyên. Thời gian nạp này gọi là thời gian nạp no,
có tác dụng làm cho các phần chất tác dụng ở sâu trong lịng các bản cực được biến đổi
hồn tồn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của acquy.
+

Trong sử dụng, thời gian nạp no cho acquy thường kéo dài từ 2÷3 giờ,

trong suốt thời gian đó, hiệu điện thế trên các cực của acquy và nồng độ dung dịch
điện phân là không đổi. Như vậy dung lượng thu được khi acquy phóng điện ln nhỏ
hơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy.
+

Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, nồng 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 thọ
của acquy. Dòng điện nạp điện nạp định mức đối với acquy qui định bằng 0,1.C20.
1.4. Các phương pháp nạp điện cho acquy
1.4.1. Phương pháp nạp acquy với dịng nạp khơng đổi
Phương pháp nạp điện với dịng nạp khơng đổi cho phép cho dịng điện thích

hợp cho từng loại acquy, đảm bảo cho acquy được nạp no. Đây là phương pháp sử
dụng trong các xưởng bảo dưỡng, sửa chữa để nạp điện cho các acquy mới hoặc nạp
điện cho các acquy bị sunfat hoá.
Với phương pháp nạp này các acquy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả
mãn điều kiện:
Un ≥ 2,7 Naq

9


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Trong đó:
+ Un : Điện áp nạp (V).
+ Naq: Số ngăn acquy đơn mắc trong mạch nạp.

Hình 1.4. Nạp với dịng điện khơng đổi
Trong quá trình nạp, sức điện động của acquy tăng dần, để duy trì dịng điện
nạp khơng đổi ta phải bố chí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở
được xác định theo công thức:
R

U n  2.N aq
In

Nhược điểm của phương pháp này nạp với dịng áp khơng đổi là thời gian nạp
kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp phải có cùng cỡ dung lượng định mức.
Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài người ta đã sử dụng phương
pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp nạp hai nấc
thì dịng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3÷ 0,5)C 20 và kết thúc nạp ở nấc một khi

acquy bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai bằng 0,05C20.

10


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

1.4.2. Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi
Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi yêu cầu các acquy
được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp khơng thay đổi và
được tính bằng từ (2,3÷ 2,5)V cho một ngăn acquy đơn.

Hình 1.5. Nạp với điện áp không đổi
Hiệu điện thế của nguồn nạp phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3% và được
theo dõi bằng vơn kế.
Dịng nạp: I n 

U n  Eaq
Raq

lúc đầu là rất lớn sau đó khi Eaq tăng dần lên thì In giảm đi khá

nhanh. Phương pháp nạp với điện áp nạp không thay đổi có thời gian nạp ngắn, dịng
điện nạp tự động giảm dần theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp này acquy
khơng nạp được no, vì vậy phương pháp nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp
nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử dụng.
Để khắc phục nhược điểm và tận dụng được hết những ưu điểm của các phương
pháp trên, ta kết hợp hai phương pháp nạp lại thành phương pháp dòng – áp. Đây cũng
là phương pháp nạp mà chúng ta chọn để thiết kế mạch điều khiển cho nguồn nuôi nạp

11


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

tự động trong đồ án này.
1.4.3. Phương pháp nạp dòng áp
Đây là phương pháp nạp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được
những ưu điểm của hai phương pháp trên.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp acquy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá
trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta
chọn phương án nạp acquy là phương pháp dòng áp.
Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian t n=16h
tương ứng với 75 ÷ 80% dung lượng acquy ta nạp với dịng điện khơng đổi là I n =
0,1C20. Vì theo đặc tính nạp của acquy trong đoạn nạp chính thì khi dịng điện khơng
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 acquy bắt đầu sơi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn
áp. Khi thời gian nạp được 20h thì acquy bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2÷ 3h.
Các q trình nạp acquy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với
điện áp bằng điện áp trên 2 cực của acquy, lúc đó dịng nạp sẽ từ từ giảm về khơng.
1.4.4. Kết luận
+ Vì tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi acquy
đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dịng điện trong acquy sẽ dâng nên
khơng kiểm sốt được sẽ làm sơi acquy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy
trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho acquy.
+ Khi dung lượng acquy dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định
dịng nạp thì acquy sẽ sơi và làm cạn nước. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải
chuyển chế độ nạp acquy sang chế độ nạp ổn áp. Chế độ ổn áp được giữ cho
đến khi acquy đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của acquy bằng với
điện áp nạp thì lúc đó dịng nạp sẽ tự động giảm về khơng, kết thúc quá trình

nạp.
Do vậy đối với acquy axit ta nạp với các dòng điện nạp:
+

Dòng nạp ổn định In = 10% C20.

+

Dịng nạp cưỡng bức In= (0,3÷0,5)C20.

12


Chương 1: Giới thiệu chung về Acquy

Hình 1.6. Phương pháp nạp dòng áp cho acquy

13


Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

Chương 2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU
2.1. Giới thiệu chung
Bộ chỉnh lưu là thiết bị dùng để chuyển đổi nguồn xoay chiều thành nguồn điện
một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
Trong kỹ thuật có nhiều phương án chỉnh lưu như: chỉnh lưu không điều khiển
(chỉnh lưu điốt), chỉnh lưu điều khiển (chỉnh lưu tiristor), chỉnh lưu một pha, ba pha,
sáu pha. Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn lựa các phương án chỉnh lưu phù
hợp nhằm đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Vì yêu cầu là chỉnh lưu điều khiển nên ta chọn phương án chỉnh lưu tiristor và
sau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển Tiristor cơ bản.
2.2. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng

14


Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

2.2.2. Dạng điện áp

Hình 2.2. Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha

15


Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

2.2.3. Nguyên lí hoạt động
+ Trong khoảng (α ÷ π): van T1 và T3 dẫn, Id = IT1 =IT3, Ud=U21.
+ Trong khoảng (π+α ÷ 2π): van T2 và T4 dẫn, Id= IT2= IT4, Ud=U22.
+ Trong khoảng (2π ÷ 3π+α): van T1 và T3 dẫn, Ud=U21.
Quá trình được lặp đi lặp lại ở các chu kì tiếp theo.
*CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN:
+

+

Điện áp trên tải:

Ud 

2 2
U2 �
cos   cos      �
�
�


Dòng điện trên tải: I  U d
d
Rd

Dòng điện qua van: I  I d
T
+
2
+
+
+
+
+

Điện áp ngược trên van: Ungmax = 1,41U2
Dịng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id
Dịng điện phía sơ cấp: I1 = 1,11.Id.Kba
Cơng suất tải: Pd = Ud.Id

Công suất máy biến áp: Sba = 1,23 Pd

2.2.4.Nhận xét
Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha đối xứng có cấu tạo phức tạp hơn
mạch chỉnh lưu điều khiển một pha có điểm trung tính. Mạch sử dụng nhiều kênh điều
khiển hơn, điện áp và dòng điện liên tục trong suốt quá trình làm việc. Mạch thường
được sử dụng trong những mạch có cơng suất nhỏ và vừa.

16


Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

2.3. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
2.3.1. Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp

Hình 2.3. Mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng

17


Chương 2: Chọn phương pháp chỉnh lưu

Hình 2.4. Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối
xứng

18