Đề tài: Thiết kế bộ nạp ác quy tự động ổn dòng và ổn áp

Chia sẻ: Nguyễn Thị Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

173
lượt xem 39
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay hầu như tất cả các máy móc thiết bị trong công nghiệp cũng như đời sống hằng ngày đều phải sử dụng điện năng, phần lớn các các thiết bị đều sử dụng điện lưới. Tuy nhiên có những lúc rất cần năng lượng nhưng không thể lấy năng lượng từ lưới điện được. Do vậy, cần có một công nghệ nạp ác quy tối ưu là rất cần thiết và quan trọng. Đề tài: Thiết kế bộ nạp ác quy tự động ổn dòng và ổn áp sẽ giới thiệu chung về cấu tạo; nguyên lý, đặc tính; dung lượng, các phương pháp nạp điện cho ác quy và quy trình thiết kế bộ nạp ác quy tự động ổn dòng và ổn áp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Thiết kế bộ nạp ác quy tự động ổn dòng và ổn áp

§Ò tµi 8 thiÕt kÕ bé n¹p ¸c quy tù ®éng æn dßng vµ æn ¸p §Ò bµi ThiÕt kÕ nguån n¹p ¸c quy . Bé nguån ph¶i ®¶m b¶o hai chÕ ®é n¹p: n¹p æn ®Þnh dßng ®iÖn vµ n¹p æn ®iÖn ¸p . Khi ¸c quy ®· ®Çy ph¶i ng¾t nguån n¹p : U®m = 16 -28 V I®m = 100 A Imin = 10 A . http://www.ebook.edu.vn Trang 1
Lêi nãi ®Çu Tù ®éng hãa ®· ph¸t triÓn vµ mang l¹i nh÷ng øng dông v« cïng to lín cho sù ph¸t triÓn tÊt c¶ c¸c ngµnh kÜ thuËt cña thÕ giíi.Tuy nhiªn,ë n−íc ta nã míi ®−îc øng dông vµ ph¸t triÓn m¹nh mÏ trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y.Nã gióp n−íc ta ph¸t triÓn ®Ó tiÕn tíi trë thµnh mét n−íc C«ng nghiÖp hãa - HiÖn ®¹i hãa. Bëi vËy tù ®éng hãa ®−îc nghiªn cøu ë tÊt c¶ c¸c ngµnh kÜ thuËt trong tr−êng nãi chung vµ ngµnh tù ®éng hãa nãi riªng Ngµy nay hÇu nh− tÊt c¶ c¸c m¸y mãc thiÕt bÞ trong c«ng nghiÖp còng nh− trong ®êi sèng hµng ®Òu ph¶i sö dông ®iÖn n¨ng , phÇn lín c¸c thiÕt bÞ ®Òu sö dông ®iªn l−íi ,Tuy nhiªn thùc tÕ cã nh÷ng lóc rÊt cÇn n¨ng l−îng ®iÖn mµ ta kh«ng thÓ lÊy n¨ng l−îng ®iÖn tõ l−íi ®iÖn ®−îc. Do ®ã ta ph¶i lÊy c¸c nguån ®iÖn dù tr÷ nh− ¸c quy,h¬n n÷a ¸c qui ®−îc sö dông nhiÒu trong c«ng nghÖ « t«,xe m¸y …. Do vËy mµ viÖc cã mét c«ng nghÖ n¹p ¸c qui tèi −u lµ rÊt cÇn thiÕt vµ quan träng .Trong ®å ¸n nµy, em ®−îc giao thiÕt kÕ bé n¹p ¸c qui.Trong qu¸ tr×nh lµm chóng em lu«n ®−îc sù gióp ®ì ,chØ b¶o hÕt søc tËn t×nh cña thÇy PHẠM QUỐC HẢI,nhê cã thÇy chØ dÉn mµ em hoµn thµnh ®å ¸n mét c¸ch tèt nhÊt.Tuy nhiªn do cã h¹n chÕ vÒ mÆt kiÕn thøc nªn em kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt Em xin c¸m ¬n tÊt c¶ c¸c thÇy c« trong ngµnh tù ®éng hãa ®· cho chóng em ®−îc lµm ®å ¸n ®Çy bæ Ých nµy ,®Æc biÖt em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy PHẠM QUỐC HẢI ,ng−êi lu«n tËn t×nh gióp ®ì vµ h−íng dÉn chóng em.Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n Hµ Néi ngµy 20 th¸ng 5 n¨m 2008 Sinh viªn thùc hiÖn Ph¹m v¨n LuyÖn http://www.ebook.edu.vn Trang 2
Ch−¬ng I Giíi thiÖu chung vÒ ¸c qui I. Kh¸i qu¸t chung vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña ¸c qui Ác qui lµ nguån ®iÖn ho¸ ho¹t ®éng trªn c¬ së hai ®iÖn cùc cã ®iÖn thÕ kh¸c nhau,dïng ®Ó tÝch tr÷ ®iÖn n¨ng , cung cÊp dßng mét chiÒu cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn trong c«ng nghiÖp còng nh− trong d©n dông. Cã nhiÒu lo¹i ¸c qui nh−ng phæ biÕn lµ hai lo¹i acqui: ¸c qui axit (¸c qui ch×) vµ ¸c qui kiÒm.Tuy nhiªn ¸c qui axÝt ®−îc sö dông réng r·i vµ phæ biÕn h¬n v× so víi ¸c qui kiÒm th× ¸c qui axÝt cã: + Søc ®iÖn ®éng cao(2V),sôt ¸p trong qu¸ tr×nh phãng nhá + §iÖn trë trong nhá + Gi¸ thµnh cña ¸c qui axit rÎ h¬n so víi acqui kiÒm. Trong ®å ¸n nµy em ¸c qui axit ®Ó nghiªn cøu c«ng nghÖ vµ thiÕt kÕ nguån n¹p acqui tù ®éng. 1. CÊu t¹o cña ¸c qui axit B×nh ¸c qui axit gåm vá b×nh, c¸c b¶n cùc, c¸c tÊm ng¨n vµ dung dÞch ®iÖn ph©n. 1.1. Vá b×nh Vá b×nh ¸c qui axit ®−îc chÕ t¹o b»ng nhùa ªb«nit hoÆc anphant¬pÐc hay cao su nhùa cøng. Bªn trong b×nh lãt mét líp chÞu axit lµ polyclovinyl ®Ó t¨ng tuæi thä cña b×nh PhÝa trong vá b×nh chia thµnh c¸c ng¨n riªng biÖt. Mçi ng¨n ®−îc gäi lµ mét ng¨n ¸c qui ®¬n, trong ®å ¸n nµy, nghiªn cøu ¸c qui ch× víi ®iÖn ¸p danh ®Þnh lµ 14V cã bÈy ng¨n ¸c qui ®¬n. http://www.ebook.edu.vn Trang 3
1.2. B¶n cùc B¶n cùc gåm cèt h×nh l−íi ®−îc ®óc b»ng hîp kim ch× (Pb) - antimon (Sb) víi tû lÖ (87 ÷ 95)% Pb - (5 ÷ 13)% Sb vµ chÊt t¸c dông. Phô gia antimon thªm vµo cã t¸c dông t¨ng ®é cøng, gi¶m han gØ vµ c¶i thiÖn tÝnh ®óc cho cèt. Cèt ®Ó gi÷a chÊt t¸c dông ®Ó ph©n khèi dßng ®iÖn kh¾p bÒ mÆt b¶n cùc ,cã vÊu ®Ó hµn nèi c¸c b¶n cùc thµnh phÇn thµnh khèi b¶n cùc B¶n cùc ©m chÊt t¸c dông ®−îc chÕ t¹o tõ bét ch×, axit sunfuric ®Æc vµ kho¶ng 3% c¸c muèi cña axit h÷u c¬ ,c¸c b¶n cùc d−¬ng chÊt t¸c dông ®−îc chÕ t¹o tõ c¸c «xÝt ch× Pb3O4, PbO vµ dung dÞch axit sunfuric ®Æc. Phô gia muèi cña axit h÷u c¬ trong b¶n cùc ©m cã t¸c dông t¨ng ®é xèp, c¶i thiÖn ®−îc ®é thÊm s©u cña dung dÞch ®iÖn ph©n, gia t¨ng ph¶n øng ho¸ häc trong b¶n cùc Nh÷ng b¶n cùc cïng tªn ®−îc hµn víi nhau t¹o thµnh c¸c khèi b¶n cùc vµ ®−îc hµn nèi ra t¶i tiªu thô. NÕu muèn t¨ng dung l−îng cña ¸c qui th× ph¶i t¨ng sè tÊm b¶n cùc m¾c song song ,muèn t¨ng ®iÖn ¸p danh ®Þnh cña ¸c qui th× t¨ng sè tÊm b¶n cùc m¾c nèi tiÕp. 1.3. tÊm ng¨n c¸c b¶n cùc ©m vµ d−¬ng ®−îc l¾p xen kÏ vµ c¸ch ®iÖn víi nhau bëi c¸c tÊm ng¨n C¸c tÊm ng¨n ph¶i lµ chÊt c¸ch ®iÖn tèt ,bÒn dÎo,xèp ,chôi axÝt ®Ó chèng chËp m¹ch gi÷a c¸c b¶n cùc ©m vµ d−¬ng, ®ång thêi ®ì c¸c tÊm b¶n cùc khái bÞ bong r¬i ra khi sö dông acqui. 1.4. Dung dÞch ®iÖn ph©n Dung dÞch ®iÖn ph©n lµ dung dÞch axit sunfuric (H2SO4) ®−îc pha chÕ tõ axit nguyªn chÊt víi n−íc cÊt tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn khÝ hËu vµ vËt liÖu lµm tÊm ng¨n. Nång ®é dung dÞch axit sunfuric http://www.ebook.edu.vn Trang 4
γ = (1,1 → 1,3) g/cm3 vµ cã ¶nh h−ëng lín ®Õn søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui. NhiÖt ®é m«i tr−êng cã ¶nh h−ëng lín ®Õn nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n. Trong ®iÒu kiÖn khÝ hËu n−íc ta th× mïa hÌ chän nång ®é dung dÞch tõ(2,5-2,6) g/cm3, mïa ®«ng chän nång ®é kho¶ng 1,27 g/cm3. V× nång ®é qu¸ cao sÏ lµm chãng háng tÊm ng¨n, b¶n cùc dÔ bÞ sunfat ho¸. Nång ®é qu¸ thÊp lµm ®iÖn dung vµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña acqui gi¶m 1.5. N¾p vµ cÇu nèi N¾p lµm b»ng nhùa ªb«nit hoÆc b»ng bakªlit,trªn n¾p cã lç ®Ó ®æ vµ kiÓm tra dung dÞch ®iÖn ph©n CÇu nèi th−êng lµm b»ng ch×, dïng ®Ó nèi c¸c ng¨n ¸c quy ®¬n víi nhau 2. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi ho¸ häc trong ¸c qui Trong ¸c qui th−êng x¶y ra hai qu¸ tr×nh ho¸ häc thuËn nghÞch ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh n¹p vµ phãng ®iÖn. Khi ¸c qui ®· n¹p no, chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc d−¬ng lµ PbO2 cßn ë b¶n cùc ©m lµ ch× xèp Pb. Khi phãng ®iÖn, c¸c chÊt t¸c dông ë hai b¶n cùc ®Òu trë thµnh sunfat ch× PbSO4 cã d¹ng tinh thÓ nhá. Khi n¹p ®iÖn x¶y ra ph¶n øng: - ë cùc d−¬ng: PbSO4 – 2e + 2H2O = PbO2 + H2SO4 + 2H+ ( 2.1) - ë cùc ©m: PbSO4 + 2e + 2H+ = Pb + H2SO4 (2.2) -Toµn bé qu¸ tr×nh x¶y ra trong acqui khi n¹p ®iÖn lµ: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2 H2SO4 (2.3) KÕt qu¶ lµ t¹o thµnh mét ®iÖn cùc Pb vµ mét ®iÖn cùc PbO2. http://www.ebook.edu.vn Trang 5
Khi nèi hai ®iÖn cùc Pb vµ PbO2 víi t¶i, lóc nµy ho¸ n¨ng ®−îc dù tr÷ trong acqui sÏ chuyÓn thµnh ®iÖn n¨ng. ë c¸c ®iÖn cùc sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng ng−îc cña (2.1) vµ (2.2), nghÜa lµ trong ¸c qui sÏ x¶y ra ph¶n øng ng−îc cña (2.3). Acqui sÏ cung cÊp dßng ®iÖn cho ®Õn khi c¶ hai ®iÖn cùc l¹i trë thµnh PbSO4 nh− ban ®Çu 3. c¸c th«ng sè vµ ®Æc tÝnh cña ¸c qui 3.1. Søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui * Søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui axit phô thuéc vµo ®Æc tÝnh lý ho¸ cña vËt liÖu lµm c¸c b¶n cùc , dung dÞch ®iÖn ph©n vµ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc thùc nghiÖm E0 = 0,85 + γ (V). Trong ®ã: E0: Søc ®iÖn ®éng tÜnh cña acqui ®¬n, tÝnh b»ng vol. γ : nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n tÝnh b»ng vol quy vÒ +150C. *Søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui khi phãng ®iÖn Ep = Up + Ip. raq Trong ®ã: Ip : Dßng ®iÖn phãng (A) Up: ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¸c qui khi phãng ®iÖn (A) raq: ®iÖn trë trong cña ¸c qui, khi phãng ®iÖn hoµn toµn th× raq = 0,02 Ω . * søc ®iÖn ®éng n¹p En cña ¸c qui En = Un – In.raq (V). Trong ®ã: In : dßng ®iÖn n¹p (A). Un: ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¸c qui khi n¹p ®iÖn (V). raq : ®iÖn trë trong cña ¸c qui khi n¹p ®iÖn. Khi n¹p no th× raq = (0,0015 -0,001) Ω . 3.2.Dung l−îng cña ¸c qui http://www.ebook.edu.vn Trang 6
Dung l−îng cña ¸c qui lµ ®¹i l−îng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cung cÊp hoÆc tÝch tr÷ n¨ng l−îng cña ¸c qui vµ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : Ci = Ii.ti (Ah). Trong ®ã: Ci dung l−îng thu ®−îc trong qu¸ tr×nh phãng n¹p (Ah). Ii Dßng dÞªn phãng n¹p æn ®Þnh (A) tp(h). 3.3. ®Æc tÝnh phãng ®iÖn cña ¸c qui - §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ phô thuéc cña søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p acqui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian phãng khi dßng ®iÖn phãng kh«ng thay ®æi. I (A) U,E (V) Kho¶ng nghØ 2,0 1,95 10 2,11 1,75 1,5 Eaq Eo Up E Ip.raq 1,27 (g/cm3) 1,0 1,11 5 Vïng phãng cho phÐp 0,5 Cp=Ip.tp tp (h) tgh Tõ ®å thÞ ta cã c¸c nhËn xÐt sau: - Trong kho¶ng thêi gian phãng tõ tp =0 tíi tp = tgh, søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m dÇn, tuy nhiªn ®é dèc cña c¸c ®å thÞ lµ kh«ng lín,®©y lµ giai ®o¹n phãng æn ®Þnh hay thêi gian phãng ®iÖn cho phÐp cña ¸c qui - Tõ thêi ®iÓm tgh trë ®i,nÕu tiÕp tôc phãng ®iÖn th× ®é dèc søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p cña acqui gi¶m rÊt nhanh, mÆt kh¸c c¸c tinh thÓ http://www.ebook.edu.vn Trang 7
sunfat ch× (PbSO4) t¹o thµnh trong ph¶n øng sÏ cã d¹ng th«, r¾n, khã hoµ tan (biÕn ®æi ho¸ häc) - Sau khi ng¾t m¹ch phãng mét kho¶ng thêi gian, c¸c gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n cña ¸c qui l¹i t¨ng lªn, ®©y lµ thêi gian håi phôc hay kho¶ng nghØ cña ¸c qui thêi gian phôc håi nµy phô thuéc vµo chÕ ®é phãng ®iÖn cña ¸c qui 3.4. §Æc tÝnh n¹p cña ¸c qui - BiÓu diÔn quan hÖ phô thuéc cña søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p ¨cqui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian n¹p khi trÞ sè dßng ®iÖn n¹p kh«ng thay ®æi. I (A) U,E (V) B¾t ®Çu s«i 2,7V 2,4V 2,11V 2,0 1,95 Eaq Eo Un In.raq E 1,5 (g/cm3) 1,27 10 1,0 1,11 Vïng Vïng n¹p hiÖu dông n¹p no Kho¶ng nghØ 5 0,5 (2÷3)h Cn=In.tn 0 tn (h) ts Tõ ®å thÞ ®Æc tÝnh n¹p ta cã nhËn xÐt sau: - Trong kho¶ng thêi gian n¹p tõ tn = 0 ®Õn tn = ts, søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n t¨ng dÇn lªn. - Tíi thêi ®iÓm tn = ts trªn bÒ mÆt c¸c b¶n cùc xuÊt hiÖn c¸c bät khÝ do dßng ®iÖn ®iÖn ph©n n−íc thµnh «xy vµ hy®r« (cßn gäi lµ hiÖn t−îng s«i ), lóc nµy ®iÖn thÕ gi÷a c¸c cùc cña acqui ®¬n t¨ng tíi gi¸ trÞ 2,4 V, tiÕp tôc n¹p gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi 2,7 V http://www.ebook.edu.vn Trang 8
vµ gi÷ nguyªn,thêi gian n¹p nµy gäi lµ thêi gian n¹p no vµ th−êng kÐo dµi tõ 2-3 h, lµm t¨ng thªm dung l−îng phãng ®iÖn cña acqui. Trong qu¸ tr×nh ®ã søc ®iÖn ®éng vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n lµ kh«ng thay ®æi.. - Sau khi ng¾t m¹ch n¹p, ®iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m xuèng vµ æn ®Þnh. §©y lµ kho¶ng nghØ cña ¸c qui sau khi n¹p. - Dßng ®iÖn n¹p ®Þnh møc ®èi víi ¸c qui qui ®Þnh b»ng 0,5.C20 (0,1.C10). II. C¸c ph−¬ng ph¸p n¹p ®iÖn cho acqui 1. Ph−¬ng ph¸p n¹p víi dßng n¹p kh«ng ®æi - Ph−¬ng ph¸p n¹p ®iÖn víi dßng n¹p kh«ng ®æi cho phÐp chän dßng ®iÖn n¹p thÝch hîp , ®¶m b¶o cho acqui ®−îc n¹p no C¸c ¸c qui ®−îc m¾c nèi tiÕp víi nhau vµ ph¶i tho¶ m·n Un ≥ 2,7 Naq. Trong ®ã: Un: §iÖn ¸p n¹p (V). Naq: Sè ng¨n ¸c qui ®¬n m¾c trong m¹ch n¹p . - Khi n¹p søc ®iÖn ®éng cña acqui t¨ng dÇn, ®Ó duy tr× dßng ®iÖn n¹p kh«ng ®æi ta ph¶i bè trÝ trong m¹ch n¹p biÕn trë R víi trÞ Un − 2,0 Naq sè R= . In - Nh−îc ®iÓm: thêi gian n¹p kÐo dµi - §Ó kh¾c phôc : sö dông ph−¬ng ph¸p n¹p c−ìng bøc theo 2 nÊc. Dßng ®Þªn n¹p ë nÊc thø nhÊt chän b»ng (0,3 - 0,5).C10, vµ khi ¸c qui b¾t ®Çu s«i th× n¹p nÊc thø hai b»ng 0,1.C10. 2. Ph−¬ng ph¸p n¹p víi ¸p kh«ng ®æi - Ph−¬ng ph¸p n¹p ¸p, ¸c qui ®−îc m¾c song song víi nguån n¹p. HiÖu ®iÖn thÕ cho mçi ng¨n ®¬n ®−îc gi÷ æn ®Þnh vµ cã gi¸ trÞ tõ 2,3 - 2,5 V víi ®é chÝnh x¸c ®Õn 3% http://www.ebook.edu.vn Trang 9
Un − Eaq - Dßng n¹p In = lóc ®Çu sÏ rÊt lín sau ®ã khi Eaq t¨ng Raq dÇn lªn th× In gi¶m ®i kh¸ nhanh. - ¦u ®iÓm: thêi gian n¹p ng¾n, dßng ®iÖn n¹p tù ®éng gi¶m dÇn theo thêi gian. - Nh−îc: ¸c qui kh«ng ®−îc n¹p no, v× vËy ph−¬ng ph¸p n¹p nµy chØ dïng n¹p bæ xung cho acqui trong qu¸ tr×nh sö dông. §Ó kh¾c phôc nh÷ng nh−îc ®iÓm vµ tËn dông ®−îc hÕt nh÷ng −u ®iÓn cña c¸c ph−¬ng ph¸p n¹p trªn, ta kÕt hîp hai ph−¬ng ph¸p n¹p l¹i thµnh ph−¬ng ph¸p dßng - ¸p. 3. Ph−¬ng ph¸p n¹p dßng - ¸p - Ban ®Çu ta n¹p víi dßng n¹p kh«ng ®æi In = 0,5.C10. Khi thÊy ¸c qui "s«i" th× hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a c¸c cùc cña cña ¨cqui ®¬n 2,4V, tiÕp tôc n¹p th× gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi gi¸ trÞ lµ 2,7 V. Sau ®ã chuyÓn sang chÕ ®é n¹p æn ¸p víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p n¹p kh«ng ®æi cho 1 ng¨n ®¬n lµ Un = 2,7Vvµ th−êng kÐo dµi tõ 2 ®Õn 3 giê hoÆc khi dßng n¹p tiÕn tíi kh«ng (In = 0) th× kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p. KÕt luËn: Qua ph©n tÝch ta chän ph−¬ng ph¸p n¹p dßng - ¸p ®Ó n¹p cho ¸c qui vµ bé nguån n¹p ¸c qui tù ®éng ph¶i ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu sau: - Ban ®Çu tù ®éng n¹p æn dßng víi dßng n¹p ®Æt tr−íc In = 0,5 .C10/1 ng¨n ¸c qui ®¬n. - Khi ph¸t hiÖn thÊy hiÖu ®iÖn thÕ trªn c¸c cùc cña ¸c qui ®¬n t¨ng tíi 2,7 V th× tù ®éng chuyÓn tõ n¹p æn dßng sang chÕ ®é n¹p æn ¸p víi ®iÖn ¸p n¹p ®Æt tr−íc Un = 2,7V/ 1 ng¨n ¸c qui ®¬n. - N¹p æn ¸p cho tíi khi dßng ®iÖn n¹p tiÕn vÒ kh«ng. http://www.ebook.edu.vn Trang 10
ch−¬ng II Lùa chän ph−¬ng ¸n chØnh l−u I. NhËn xÐt chung: Bé chØnh l−u lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó biÕn ®æi nguån ®iÖn xoay chiÒu thµnh nguån ®iÖn mét chiÒu nh»m cung cÊp cho phô t¶i ®iÖn mét chiÒu. * §Ò bµi : thiÕt kÕ bé nguån n¹p ¸c quy cã thÓ n¹p cho ¾c quy 16-28V vµ dßng n¹p 10- 100A. - V× yªu cÇu cÇn ®iÒu khiÓn dßng ,¸p nªn ta chän ph−¬ng ¸n chØnh l−u tiristor. - V× t¶i yªu cÇu c«ng suÊt nhá vµ chÊt l−îng ®iÖn ¸p ®iÒu chØnh kh«ng cÇn cao nªn ta chän ph−¬ng ¸n chØnh l−u mét pha nh»m ®¬n gi¶n ho¸ viÖc thiÕt kÕ,gi¶m gi¸ thµnh vµ t¨ng ®é linh ®éng cña bé chØnh l−u. IIC¸c ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch chØnh l−u 1. ChØnh l−u mét pha 2 nöa chu kú cã ®iÒu khiÓn Trong s¬ ®å nµy ,m¸y biÕn ¸p ph¶i cã hai cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau ,ë mçi nöa chu kú khi cã xung tíi ®iÒu khiÓn më tiristo cã mét van dÉn cho dßng ®iÖn ch¹y qua . §iÖn ¸p ®Ëp m¹ch trong c¶ hai nöa chu kú víi tÇn sè ®Ëp m¹ch b»ng hai lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu . H×nh d¸ng c¸c ®−êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i (Ud,Id ) cho trªn h×nh vÏ . http://www.ebook.edu.vn Trang 11
Trong nöa chu kú ®Çu , khi U2>E th× ®iÖn ¸p UAK cña T1 d−¬ng, UAK cña T2 ©m.Vi vËy T1 sÏ dÉn nÕu ®−îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn dßng sÏ ch¶y qua T1-R-E, víi nguån lµ U2 Trong nöa chu kú sau, khi U '2 > E th× ®iÖn ¸p UAKcña T2 d−¬ng, cña T1 ©m, T2 sÏ dÉn nÕu ®−îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn, dßng sÏ ch¶y qua T2-R-E, víi nguån lµ U '2 Chó ý: NÕu ta ph¸t xung vµo thêi ®iÓm U
π −β 1 2U 2 sin θ − E 2 I2=I =Ihdv= ' 2 2π ∫ α ( R ) dθ - TrÞ sè dßng hiÖu dông qua t¶i: π −β 1 2U 2 sin θ − E 2 Ihd = π ∫ α ( R ) dθ I hd Ta thÊy Ihdv= 2 - §iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn van: U ngcvan =2 2 U2 * NhËn xÐt : trong s¬ ®å nµy , dßng ®iÖn ch¹y qua van kh«ng qu¸ lín . Khi van dÉn ,®iÖn ¸p r¬i trªn van nhá.ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ë ®©y t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n .Tuy vËy ,viÖc chÕ t¹o biÕn ¸p cã hai cuén d©y thø cÊp gièng nhau , mµ mçi cuén chØ lµm viÖc trong nöa chu kú phøc t¹p vµ hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n , mÆt kh¸c ®iÖn ¸p ng−îc cña c¸c van b¸n dÉn rÊt lín.ThÝch hîp víi m¹ch chØnh l−u ®iÖn ¸p thÊp nh−ng dßng lín kh«ng cÇn chÊt l−îng ®iÖn ¸p cao. 2. ChØnh l−u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn ®èi xøng: T1 T3 R U2 E T4 T2 Trong nöa chu kú ®Çu , lóc U2 > E ®iÖn ¸p anot cña tiristo T1 d−¬ng katot cña T2 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn c¶ hai van T1 ,T2 http://www.ebook.edu.vn Trang 13
®ång thêi ,th× c¸c van nµy sÏ ®−îc më ®Æt ®iÖn ¸p l−íi lªn t¶i , T1 , T2 sÏ dÉn ®Õn khi U2 < E. Trong nöa chu kú sau , khi U2
- ë nöa chu k× d−¬ng cña u2 khi α < β hay α ≥ π − β cho xung ®iÒu khiÓn më T1 th× c¶ T1vµ D1 ®Òu kh«ng më ®−îc do trong m¹ch cã søc ®iÖn ®éng E lµm cho thÕ UAK cña tiristor ©m. Khi β < α < π − β , ph¸t xung ®iÒu khiÓn më T1 th× D1 còng më cho dßng ch¶y qua t¶i theo ®−êng: T1 - (R + E) - D1 - ë nöa chu kú ©m cña u2, t−¬ng tù nh− trªn khi π + β < α < 2π − β , ph¸t xung ®iÒu khiÓn më T2 th× D2 còng më ngay cho dßng ch¶y qua t¶i theo ®−êng: D2 - (R+E) - T2 Gãc dÉn dßng cña ®ièt vµ cña tiristor trong s¬ ®å nµy b»ng nhau vµ: λD = λT = π − 2 β VÒ nguyªn t¾c, α cã thÓ thay ®æi ®−îc trong kho¶ng (0; π ) nh−ng do sù cã mÆt cña søc ®iÖn ®éng E cña t¶i nªn gãc më α ®−îc khèng chÕ trong kho¶ng ( β ; π − β ). - TrÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i: U d= π −β ∫( ) 1 E 2U 2 E 2 .U 2. sin θ dθ + (β + α ) = [cos α − cos(π − β )] + (β + α ) π α π π π - TrÞ trung b×nh cña dßng qua t¶i : Ud − E 2.U 2 E Id = = [cos α − cos(π − β )] + [( β + α ) − π ] R π .R π .R - TrÞ trung b×nh cña dßng qua tiristor vµ ®i«t: π −β 1 Id IT = ID = 2π ∫ I .dθ α d = 2 [π − (α + β )] - TrÞ hiÖu dông dßng qua van vµ di«t: I hd Ihdv= 2 http://www.ebook.edu.vn Trang 15
NhËn xÐt: M¹ch ®iÒu khiÓn s¬ ®å cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng dÔ ®iÒu khiÓn,viÖc chÕ t¹o biÕn ¸p ®¬n gi¶n.Tuy nhiªn tæng sôt ¸p trªn van lµ lín kh«ng phï hîp cho t¶i cã ¸p thÊp v× nã lµm gi¶m hiÖu suÊt sö dông bé n¹p KÕt luËn: Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ta chän s¬ ®å ''ChØnh l−u h×nh tia hai pha cã ®iÓm gi÷a ''.v× nã cã nh÷ng −u ®iÓm sau + Sè l−îng van Ýt nªn m¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®¬n gi¶n + Tæng sôt ¸p trªn c¸c van nhá,hiÖu suÊt sö dông thiªt bÞ cao h¬n.MÆt kh¸c thiÕt bÞ gän nhÑ .linh ®éng vµ gi¸ thµnh h¹ http://www.ebook.edu.vn Trang 16
Ch−¬ng III thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc I.S¬ ®å m¹ch lùc T2 R C BAL N3 N1 U1 L Aq N2 Rd R C T1 II.C¸c phÇn tö trªn s¬ ®å m¹ch lùc : 1.Van lùc: - §Ó chän van ta ph¶i dùa vµo chÕ ®é lµm viÖc nÆng nÒ nhÊt mµ van ph¶i chÞu. *ChØ tiªu ®iÖn ¸p : - Van ph¶i chÞu ®iÖn ¸p max khi c¸c acqui ®−îc n¹p no,mçi ng¨n acqui cã ®iÖn ¸p lµ 2V.§Ó cã acqui 28V cÇn 14 ng¨n. §Ó n¹p no th× ®iÖn ¸p n¹p cho mçi ng¨n ph¶i lµ 2,7V. Khi ®ã : U d =2,7.28/2 =37,8 (V) MÆt kh¸c cã :Ud=0,9U2 ⇒ U2= 42,6 V §iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt trªn van : U ng max =2 2 .U2=119 V ⇒ §iÖn ¸p ng−îc ®Þnh møc van lµ Un®mv=1,1.kdt.119= 235 V Víi 1,1 lµ do thùc tÕ ®iÖn ¸p l−íi kh«ng æn ®Þnh vµ ®−îc phÐp dao ®éng nªn ¸p l−íi cã thÓ t¨ng lªn 10% Kdt lµ hÖ sè dù tr÷ cho van. chän : Kdt =1,8 *ChØ tiªu dßng ®iÖn : http://www.ebook.edu.vn Trang 17
- Dßng ®iÖn trung b×nh qua van Itbv=Id/2=100/2= 50 A Do c«ng suÊt t¶i thÊp chän chÕ ®é lµm m¸t cho van tù nhiªn dïng c¸nh t¶n nhiÖt chuÈn. Itbv=(0,2-0.3)I®mv ⇒ Idmv=167 A VËy ®iÒu kiÖn chon van lµ Uv > 235 V vµ Iv >167A ***Chän loai van ST180S04P1V cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p ng−îc Un cùc ®¹i :400V Dßng lµm viÖc ®Þnh møc ,dßng ®iÖn ®Ønh: I®m= 200A,Ipik=5000A Dßng vµ ¸p ®iÒu khiÓn lµ Ig=150 mA,Ug=3V dU Dßng rß Ir=30mA,sôt ¸p Δ U=1,8V, =500V/s,tcm=100 μ s dt 2.C¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ a) B¶o vÖ ng¾n m¹ch, qu¸ t¶i Sö dông Apt«mat (AT) ®Ó ®ãng c¾t m¹ch lùc, b¶o vÖ khi qu¸ t¶i ,ng¾n m¹ch tiristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p.§¨t Iatm=1,2I®mv b) B¶o vÖ qu¸ ¸p,tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p cho van Khi cã sù chuyÓn m¹ch, c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o dßng ®iÖn ng−îc trong kho¶ng thêi gian ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng−îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a an«t vµ kat«t cña thyristor.V× vËy ta m¾c m¹ch R C m¾c song song víi thyristor nh»m t¹o ra vßng phãng ®iÖn trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn b¶o vÖ ®−îc thyristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p. MÆt kh¸c m¾c RC cßn lµm gi¶m tèc ®é t¨ng ¸p cña Thyristor v× khi biÕn thiªn ®iÖn ¸p v−ît qu¸ du/dt cho phÐp cña van http://www.ebook.edu.vn Trang 18
th× van sÏ dÉn mµ kh«ng cÇn dßng ®iÒu khiÓn . Theo kinh nghiÖm chän C=0,1 μ F , R=45 Ω . c) H¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng - T¶i lµ ¾c quy kh«ng cã tÝnh c¶m nªn tèc ®é t¨ng dßng cã thÓ rÊt lín cã thÓ g©y hiÖn t−îng ®èt nãng côc bé trong van . V× vËy ph¶i h¹n chÕ nã b»ng c¸ch m¾c nèi víi t¶i mét cuén c¶m Nh−ng do sö dông nguån biÕn ¸p cho chØnh l−u nªn ®iÖn c¶m trong cuén d©y m¸y biÕn ¸p còng ®· ®ñ ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn trªn. 3.Cuén läc mét chiÒu Sù ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l−u lµm cho dßng ®iÖn t¶i còng lµm ®Ëp m¹ch theo .lµm xÊu ®i chÊt l−îng ®iÖn ¸p mét chiÒu Khi cµng ®iÒu chØnh s©u th× ch©t l−îng ¸p vµ dßng cµng xÊu,v× v©y ta ®−a cuén läc ®Ó n©ng cao ch©t l−îng ®iÖn ¸p Gãc ®iÒu khiÓn α max (®iÒu khiÓn s©u nhÊt) 0,9.U2cos α max=Imin.Rtd ⇒ α max=84,3’ HÖ sè ®Ëp m¹ch vµo 2 (mdm .tgα max ) 2 + 1 K®mv= víi m®m=2 ⇒ k®m=13,8 mdm 2 − 1 Chän k®mr=1,38 th× ksb=10 ksb 2 − 1 ⇒ L= =0,016H mdm .ω 5.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p a) TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n *§iÖn ¸p chØnh l−u kh«ng t¶i : Udo = Ud + Δ UV + Δ Uba + Δ Udn Trong ®ã : Ud= 37,8 V - §iÖn ¸p chØnh l−u Δ UV = 1,8 V - Sôt ¸p trªn c¸c van Δ Uba =8% Ud = 3V -Sôt ¸p bªn trong m¸y biÕn ¸p khi cã t¶i . http://www.ebook.edu.vn Trang 19
Δ Udn ≈ 0 -Sôt ¸p trªn d©y dÉn (coi rÊt nhá). VËy : Udo = 37,8+1,8+3=42,6V. * C«ng suÊt t¶i tèi ®a: Pdmax = Udo. Id = 42,6.100= 4,26 kW * C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p : Sba = kP. Pdmax = 1,48.4,26 = 6,3k W Víi s¬ ®å tia hai pha : kP =1,48 b) TÝnh s¬ bé m¹ch tõ TiÕt diÖn s¬ bé trô : Sba QFe = kQ. m. f trong ®ã kQ lµ hÖ sè phô thuéc ph−¬ng thøc lµm m¸t Víi m¸y biÕn ¸p dÇu ta lÊy kQ = 5 m:sè pha cña m¸y biÕn ¸p : m =2 f: lµ tÇn sè dßng ®iÖn xoay chiÒu (ë ®©y tÇn sè lµ f =50Hz). 6300 ⇒ Qfe=5. =40cm2 2.50 c) TÝnh to¸n d©y quÊn - §iÖn ¸p cuén d©y s¬ cÊp : U1 =220 V - §iÖn ¸p cuén d©y thø cÊp : U2 =42,6 V U1 - HÖ sè m¸y biÕn ¸p : kba = =220/42,6 = 5,16 U2 * Sè vßng d©y mçi pha m¸y biÕn ¸p : Ta cã c«ng thøc : U W= vßng. 4,44. f .QFe .B trong ®ã W -Sè vßng d©y cña cuén d©y cÇn tÝnh. U - §iÖn ¸p cña cuén d©y cÇn tÝnh (V). B - Tõ c¶m (th−êng chän tõ 1- 1,8 Tesla). QFe- TiÕt diÖn lâi thÐp(m2). Chän thÐp lµm m¸y biÕn ¸p lµ lo¹i cã m· hiÖu lµ ∃ 330 dµy 0,5mm cã B=1,1T. http://www.ebook.edu.vn Trang 20