Đề tài 8: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ổn dòng và ổn áp

¹o cùc, tøc lµ chóng ®­îc ng©m vµo dung dÞch axit sunfuric lo·ng vµ n¹p víi dßng ®iÖn mét chiÒu víi trÞ sè nhá. Sau qu¸ tr×nh nh­ vËy chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n c­c d­¬ng hoµn toµn trë thµnh PbO2 (mµu g¹ch sÉm). Sau ®ã c¸c b¶n cùc d­¬ng ®­îc ®em röa, sÊy kh« vµ l¾p r¸p. Nh÷ng ph©n khèi b¶n cùc cïng tªn trong mét acqui ®­îc hµn víi nhau t¹o thµnh c¸c khèi b¶n cùc vµ ®­îc hµn nèi ra c¸c vÊu cùc lµm b»ng ch× h×nh c«n ®Ó nèi ra t¶i tiªu thô. Víi chó ý r»ng, nÕu ta muèn t¨ng dung l­îng cña ¨cqui th× ta ph¶i t¨ng sè tÊm b¶n cùc m¾c song song trong mét acqui ®¬n. th­êng ng­êi ta lÊy tõ 5 ÷ 8 tÊm. Cßn muèn t¨ng ®iÖn ¸p danh ®Þnh cña acqui th× ta ph¶i 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 víi nhau vµ c¸ch ®iÖn víi nhau bëi c¸c tÊm ng¨n vµ ®Ó ®¶m b¶o c¸ch ®iÖn tèt nhÊt c¸c tÊm ng¨n ®­îc lµm réng h¬n so víi c¸c b¶n cùc. C¸c tÊm ng¨n cã t¸c dông chèng chËp m¹ch gi÷a c¸c b¶n cùc ©m vµ d­¬ng, ®ång thêi ®Ó ®ì c¸c tÊm b¶n cùc khái bÞ bong r¬i ra khi sö dông acqui. c¸c tÊm ng¨n ë ®©y ph¶i lµ chÊt c¸ch ®iÖn tèt, bÒn, dÎo, chÞu ®­îc axit vµ cã ®é xèp thÝch hîp dÓ kh«ng ng¨n c¶n chÊt ®iÖn ph©n thÊm ®Õn c¸c b¶n cùc. C¸c tÊm ng¨n hiÖn nay ®­îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu polyvinyl xèp, mÞn, dµy kho¶ng tõ 0,8 ÷ 1,2 mm vµ cã d¹ng mÆt ph¼ng h­íng vÒ phÝa b¶n cùc ©m cßn mét mÆt cã h×nh sãng hoÆc gå h­íng vÒ phÝa b¶n cùc d­¬ng nh»m t¹o ®iÒu kÞªn cho dung dÞch ®iÖn ph©n dÔ lu©n chuyÓn h¬n ®Õn c¸c b¶n cùc d­¬ng vµ dung dÞch l­u th«ng tèt h¬n. 1.4. Dung dÞch ®iÖn ph©n: dung dÞch ®iÖn ph©n trong b×nh acqui lµ lo¹i dung dÞch axit sunfuric (H2SO4) ®­îc pha chÕ tõ axit nguyªn chÊt víi n­íc cÊt theo nång ®é qui ®Þnh tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn khÝ hËu mïa vµ vËt liÖu lµm tÊm ng¨n. Nång ®é dung dÞch axit sunfuric = (1,1 ÷ 1,3) g/cm3. Nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n cã ¶nh h­ëng lín ®Õn søc ®iÖn ®éng cña acqui. H×nh d­íi tr×nh bµy ¶nh h­ëng cña dung dÞch ®iÖn ph©n tíi ®iÖn trë vµ søc ®iÖn ®éng cña acqui: Eaq §iÖn trë dung dÞch ®iÖn ph©n V/ng¨n /cm3 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 0 5 1 3 2 4 0.0 2.5 0.5 1.5 1.0 NhiÖt ®é m«i tr­êng cã ¶nh h­ëng lín ®Õn nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n víi c¸c n­íc ë trong vïng xÝch ®¹o nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n quy ®Þnh kh«ng qu¸ 1,1 g/cm3. Víi c¸c n­íc l¹nh (vïng cùc), nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n cho phÐp tíi 1,3 g/cm3. Trong ®iÒu kiÖn khÝ hËu n­íc ta th× mïa hÌ nªn chän nång ®é dung dÞch kho¶ng (1,25 ÷ 1,26) g/cm3, mïa ®«ng ta nªn chän nång ®é kho¶ng 1,27 g/cm3. CÇn nhí r»ng: nång ®é qu¸ cao sÏ lµm chãng háng tÊm ng¨n, chãng háng b¶n cùc, dÔ bÞ sunfat ho¸ trong c¸c b¶n cùc nªn tuæi thä cña acqui còng gi¶m ®i rÊt nhanh. Nång ®é qu¸ thÊp th× ®iÖn dung vµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña acqui gi¶m vµ ë c¸c n­íc xø l¹nh th× dung dÞch vµo mïa ®«ng dÔ bÞ ®ãng b¨ng. * Nh÷ng chó ý khi pha chÕ dung dÞch ®iÖn ph©n cho ¨cqui: - Kh«ng ®­îc dïng axit cã thµnh phÇn t¹p chÊt cao nh­ lo¹i axit kü thuËt th«ng th­êng vµ n­íc kh«ng ph¶i lµ n­íc cÊt v× dung dÞch nh­ vËy sÏ lµm t¨ng c­êng ®é qu¸ tr×nh tù phãng ®Þªn cña acqui. - C¸c dông cô pha chÕ ph¶i lµm b»ng thuû tinh, sø hoÆc chÊt dÎo chÞu axit. Chóng ph¶i s¹ch, kh«ng chøa c¸c muèi kho¸ng, dÇu mì hoÆc chÊt bÈn… - §Ó ®¶m b¶o an toµn trong khi pha chÕ, tuyÖt ®èi kh«ng ®­îc ®æ n­íc vµo axÝt ®Æc mµ ph¶i ®æ tõ tõ axit vµo n­íc vµ dïng que thuû tinh khuÊy ®Òu. 1.5. N¾p, nót vµ cÇu nèi: N¾p lµm b»ng nhùa ªb«nit hoÆc b»ng bakªlit. N¾p cã hai lo¹i: - Tõng n¾p riªng cho mçi ng¨n - N¾p chung cho c¶ b×nh - lo¹i nµy kÕt cÊu phøc t¹p nh­ng ®é kÝn tèt. Trªn n¾p cã lç ®æ ®Ó ®æ dung dÞch ®iÖn ph©n vµo c¸c ng¨n vµ ®Ó kiÓm tra møc dung dich ®iÖn ph©n, nhiÖt dé vµ nång ®é dung dÞch trong acqui. Lç ®æ ®­îc ®Ëy kÝn b»ng nót cã ren ®Ó gi÷ cho dung dÞch ®iÖn ph©n trong b×nh khái bÞ bÈn vµ s¸nh ra ngoµi. ë nót cã lç nhá ®Ó th«ng khÝ tõ trong b×nh ra ngoµi lóc n¹p acqui. N¾p mét sè lo¹i acqui cã lç th«ng khÝ riªng n»m s¸t lç ®æ, kÕt cÊu nh­ vËy rÊt thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh møc dung dÞch trong b×nh acqui. Trong tr­êng hîp nµy, ë nót kh«ng cã lç th«ng khÝ n÷a. CÇu nèi th­êng lµm b»ng ch×, dïng ®Ó nèi c¸c ng¨n acquy ®¬n víi nhau. 2. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi ho¸ häc trong acqui axit: Trong acqui th­êng x¶y ra hai qu¸ tr×nh ho¸ häc thuËn nghÞch mµ ®Æc tr­ng lµ qu¸ tr×nh n¹p vµ phãng ®iÖn. Khi n¹p ®iÖn, nhê nguån ®iÖn n¹p mµ ë m¹ch ngoµi c¸c ®iÖn tö "e" chuyÓn ®éng tõ c¸c b¶n cùc d­¬ng ®Õn c¸c b¶n cùc ©m - ®ã lµ dßng ®iÖn n¹p In. Khi phãng ®iÖn, d­íi t¸c dông cña suÊt ®iÖn ®éng riªng cu¶ cña acqui, c¸c ®iÖn tö "e" sÏ chuyÓn ®éng theo h­íng ng­îc l¹i vµ t¹o thµnh dßng ®iÖn phãng Ip. Khi acqui ®· n¹p no, chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc d­¬ng lµ PbO2 cßn t¹i c¸c 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 cho acqui sÏ 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. Sù phãng ®iÖn cña acqui x¶y ra khi nèi hai ®iÖn cùc Pb vµ PbO2 võa thu ®­îc 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 ng­îc cña (2.1) vµ (2.2), nghÜa lµ trong acqui sÏ x¶y ra ph¶n øng ng­îc cña (2.3). Acqui sÏ cung cÊp dßng ®iÖn cho ®Õn khi c¶ hai ®iÖn cùc l¹i trë thµnh PbSO4 nh­ ban ®Çu. Sau ®ã, nÕu muèn dïng tiÕp ng­êi ta l¹i n¹p ®iÖn cho acqui vµ cø thÕ qu¸ tr×nh tiÕp diÔn. 3. c¸c ®Æc tÝnh cña acqui axit : Mçi ng¨n cña b×nh acqui lµ mét acqui ®¬n cã ®Çy ®ñ c¸c tÝnh chÊt ®Æc tr­ng cho c¶ b×nh. Së dÜ ng­êi ta nèi tiÕp nhiÒu ng¨n l¹i thµnh b×nh acqui lµ ®Ó t¨ng ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña b×nh acqui. Do ®ã khi ngiªn cøu ®Æc tÝnh cña b×nh acqui ta chØ cÇn kh¶o s¸t mét b×nh acqui ®¬n lµ ®ñ. 3.1. Søc ®iÖn ®éng cña acqui axit: * Søc ®iÖn ®éng cña acqui axit phô thuéc chñ yÕu vµo ®iÖn thÕ trªn c¸c cùc, tøc lµ phô thuéc vµo ®Æc tÝnh lý ho¸ cña vËt liÖu lµm c¸c b¶n cùc vµ dung dÞch ®iÖn ph©n mµ kh«ng phô thuéc vµo kÝch th­íc cña c¸c b¶n cùc. Søc ®iÖn ®éng phô thuéc vµo nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n vµ cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc mét c¸ch kh¸ chÝnh x¸c b»ng c«ng thøc thùc nghiÖm sau: E0 = 0,85 + (V). Trong ®ã: E0: Søc ®iÖn ®éng tÜnh cña acqui ®¬n, tÝnh b»ng vol. : nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n kh«ng lÊy theo ®¬n vÞ g/cm3 mµ tÝnh b»ng vol quy vÒ +150C. Ngoµi ra søc ®iÖn ®éng cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n n÷a. * Trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn, søc ®iÖn ®éng cña acqui ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Ep = Up + Ip. raq Trong ®ã: Ip : Dßng ®iÖn phãng (A) Up: ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña acqui khi phãng ®iÖn (A) raq: ®iÖn trë trong cña acqui khi phãng ®iÖn. khi phãng ®iÖn hoµn toµn th× raq = 0,02. * Trong qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn, søc ®iÖn ®éng En cña acqui ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: En = Un – In.raq (V). Trong ®ã: In : dßng ®iÖn n¹p (A). Un: ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¨cqui khi n¹p ®iÖn (V). raq : ®iÖn trë trong cña acqui khi n¹p ®iÖn. Khi n¹p no th× raq = (0,0015 ÷ 0,001). 3.2.Dung l­îng cña acqui: * Dung l­îng phãng cña phãng cña acqui lµ ®¹i l­îng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cung cÊp n¨ng l­îng cña acqui cho phô t¶i vµ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : Cp = Ip.tp (Ah). Trong ®ã: Cp: Lµ dung l­îng thu ®­îc trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn (Ah). Ip: Dßng dÞªn phãng æn ®Þnh (A) trong thêi gian phãng ®iÖn tp(h). * Dung l­îng n¹p cña acqui lµ ®¹i l­îng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng tÝch tr÷ n¨ng l­îng cña acqui vµ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Cn = In.tn (Ah). Trong ®ã: Cn: lµ dung l­îng thu ®­îc trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn (Ah). In: dßng ®iÖn n¹p æn ®Þnh trong qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn (A). 3.3. ®Æc tÝnh phãng cña acqui axit: §Æc tÝnh phãng cña acqui lµ ®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) Vïng phãng cho phÐp 1,27 tgh 10 5 1,11 2,11 1,95 Kho¶ng nghØ 1,0 1,5 2,0 0,5 Eaq Eo Up ΔE Ip.raq 1,75 Cp=Ip.tp tp (h) γ (g/cm3) Tõ ®å thÞ ta cã c¸c nhËn xÐt sau: Trong kho¶ng thêi gian phãng tõ tp =0 cho tíi thêi ®iÓm tp = tgh, søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m dÇn, tuy nhiªn trong kho¶ng thêi gian nµy ®é dèc cña c¸c ®å thÞ lµ kh«ng lín, ta gäi ®ã lµ giai ®o¹n phãng æn ®Þnh hay thêi gian phãng ®iÖn cho phÐp t­¬ng øng víi mçi chÕ ®é phãng ®iÖn (dßng ®iÖn phãng) cña acqui. Tõ thêi ®iÓm tgh trë ®i, ®é dèc cña ®å thÞ thay ®æi ®ét ngét nÕu ta tiÕp tôc cho acqui phãng ®iÖn sau tgh th× søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p cña acqui sÏ gi¶m rÊt nhanh, mÆt kh¸c c¸c tinh thÓ sunfat ch× (PbSO4) t¹o thµnh trong ph¶n øng sÏ cã d¹ng th«, r¾n, khã hoµ tan (biÕn ®æi ho¸ häc) trong qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn trë l¹i cho acqui sau nµy. Thêi ®iÓm tgh gäi lµ giíi h¹n phãng ®iÖn cho phÐp cña acqui, c¸c gi¸ trÞ Ep, Up, t¹i tgh gäi lµ c¸c gi¸ trÞ giíi h¹n phãng ®iÖn cho phÐp cña acqui. Sau khi ®· ng¾t m¹ch phãng mét kho¶ng thêi gian, c¸c gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p cña acqui, nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n l¹i t¨ng lªn, ta gäi ®ã lµ thêi gian håi phôc hay kho¶ng nghØ cña acqui. thêi gian phôc håi nµy phô thuéc vµo chÕ ®é phãng ®iÖn cña ¨cqui (dßng ®iÖn phãng vµ thêi gian phãng ). §Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cung cÊp ®iÖn cña c¸c acqui cã cïng ®iÖn ¸p danh nghÜa, ng­êi ta quy ®Þnh so s¸nh dung l­îng phãng ®iÖn thu ®­îc cña c¸c acqui khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ë chÕ ®é phãng ®iÖn cho phÐp lµ 20h (10h). Dung l­îng phãng trong tr­êng hîp nµy ®­îc kÝ hiÖu lµ C20 (C10). 3.4. §Æc tÝnh n¹p cña acqui: §Æc tÝnh n¹p cña ¨cqui lµ ®å thÞ 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. 10 0 Kho¶ng nghØ Vïng n¹p no (2÷3)h Eaq Eo Un In.raq ΔE 2,7V 2,11V I (A) U,E (V) Vïng n¹p hiÖu dông 1,27 ts 5 1,11 1,95 1,0 1,5 2,0 0,5 Cn=In.tn tn (h) γ (g/cm3) B¾t ®Çu s«i 2,4V 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 n­íc thµnh «xy vµ hy®r« (cßn gäi lµ hiÖn t­îng s«i ), lóc nµy trªn ®iÖn thÕ gi÷a c¸c cùc cña acqui ®¬n t¨ng tíi gi¸ trÞ 2,4 V. NÕu ta vÉn tiÕp tôc n¹p gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi 2,7 V vµ gi÷ nguyªn. Thêi gian n¹p nµy gäi lµ thêi gian n¹p no, cã t¸c dông lµm cho c¸c phÇn chÊt t¸c dông ë s©u trong lßng c¸c b¶n cùc ®­îc biÕn ®æi hoµn toµn, nhê ®ã sÏ lµm t¨ng thªm dung l­îng phãng ®iÖn cña acqui. Trong sö dông, thêi gian n¹p no cho acqui th­êng kÐo dµi tõ 2÷3 giê, trong suèt thêi gian ®ã, hiÖu ®iÖn thÕ trªn c¸c cùc cña acqui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n lµ kh«ng thay ®æi. Nh­ vËy dung l­îng thu ®­îc khi acqui phãng ®iÖn lu«n nhá h¬n dung l­îng cÇn thiÕt ®Ó n¹p no acqui. Sau khi ng¾t m¹ch n¹p, ®iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng cña acqui, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m xuèng vµ æn ®Þnh. Thêi gian nµy còng gäi lµ kho¶ng nghØ cña acqui sau khi n¹p. TrÞ sè dßng ®iÖn n¹p ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÊt l­îng vµ tuæi thä cña acqui. Dßng ®iÖn n¹p ®Þnh møc ®èi víi acqui qui ®Þnh b»ng 0,05.C20 (0,01.C10). II. C¸c ph­¬ng ph¸p n¹p ®iÖn cho acqui: 1. Ph­¬ng ph¸p n¹p acqui víi dßng n¹p kh«ng ®æi : Ph­¬ng ph¸p n¹p ®iÖn víi dßng n¹p kh«ng ®æi cho phÐp chon dßng ®iÖn n¹p thÝch hîp ®èi víi tõng lo¹i acqui, ®¶m b¶o cho acqui ®­îc n¹p no. §©y lµ ph­¬ng ph¸p sö dông trong c¸c x­ëng b¶o d­ìng, söa ch÷a ®Ó n¹p ®iÖn cho c¸c acqui míi hoÆc n¹p ®iÖn cho c¸c acqui bÞ sunfat ho¸. Víi ph­¬ng ph¸p n¹p nµy c¸c acqui ®­îc m¾c nèi tiÕp víi nhau vµ ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: Un ³ 2,7 Naq. Trong ®ã: Un: §iÖn ¸p n¹p (V). Naq: Sè ng¨n acqui ®¬n m¾c trong m¹ch n¹p . Trong qu¸ tr×nh 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. TrÞ sè giíi h¹n cña biÕn trë ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: . Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng n¹p kh«ng ®æi lµ thêi gian n¹p kÐo dµi vµ yªu cÇu c¸c acqui ®­a vµo n¹p ph¶i cã cïng cì dung l­îng ®Þnh møc. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm thêi gian n¹p kÐo dµi ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn n¹p thay ®æi hai hay nhiÒu nÊc. Trong tr­êng hîp n¹p hai nÊc th× dßng ®Þªn n¹p ë nÊc thø nhÊt chän b»ng (0,3 ÷ 0,5).C20, vµ kÕt thóc n¹p ë nÊc mét khi acqui b¾t ®Çu s«i. Dßng ®iÖn n¹p ë nÊc thø hai b»ng 0,05.C20. 2. Ph­¬ng ph¸p n¹p acqui víi ®iÖn ¸p n¹p kh«ng thay ®æi: Ph­¬ng ph¸p n¹p acqui víi ®iÖn ¸p n¹p kh«ng thay ®æi yªu cÇu c¸c acqui ®­îc m¾c song song víi nguån n¹p. HiÖu ®iÖn thÕ cña nguån n¹p kh«ng thay ®æi vµ ®­îc tÝnh b»ng tõ 2,3 ÷ 2,5 V cho mét ng¨n acqui ®¬n. HiÖu ®iÖn thÕ cña nguån n¹p ph¶i ®­îc gi÷ æn ®Þnh víi ®é chÝnh x¸c ®Õn 3% vµ ®­îc theo dâi b»ng vol kÕ. Dßng n¹p lóc ®Çu sÏ rÊt lín sau ®ã khi Eaq t¨ng dÇn lªn th× In gi¶m ®i kh¸ nhanh. Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p n¹p kh«ng thay ®æi cã thêi gian n¹p ng¾n, dßng ®iÖn n¹p tù ®éng gi¶m dÇn theo thêi gian. Tuy nhiªn dïng ph­¬ng ph¸p nµy acqui kh«ng ®­îc n¹p no, v× vËy ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi chØ lµ ph­¬ng ph¸p n¹p bæ xung cho acqui trong qu¸ tr×nh sö dông. §Ó kh¾c phôc nh÷ng nh­îc ®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. §©y còng chÝnh lµ ph­¬ng ph¸p n¹p mµ chóng ta chän ®Ó thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn cho nguån n¹p acqui tù ®éng trong ®å ¸n nµy. 3. Ph­¬ng ph¸p n¹p dßng - ¸p: Ban ®Çu ta n¹p acqui vãi dßng n¹p kh«ng ®æi víi trÞ sè qui ®Þnh lµ In = 0,05.C20. Tíi khi thÊy acqui "s«i" - øng víi thêi ®iÓm hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a c¸c cùc cña cña ¨cqui ®¬n t¨ng tíi gi¸ trÞ 2,4V - tiÕp tôc n¹p th× gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi gi¸ trÞ lµ 2,7 V. §Õn ®©y ta chuyÓn sang chÕ ®é n¹p æn ¸p víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p n¹p kh«ng ®æi lµ Un = 2,7V. Giai ®o¹n n¹p æn ¸p 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 kÜ nh÷ng ®Æc tÝnh cña acqui, ®Æc biÖt lµ ®Æc tÝnh n¹p, ta chän ph­¬ng ph¸p n¹p dßng - ¸p ®Ó n¹p cho acqui. Nh­ vËy bé nguån n¹p acqui tù ®éng mµ ta thiÕt kÕ cÇn ph¶i ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu sau: - Ban ®Çu tù ®éng n¹p æn dßng víi dßng n¹p ®Æt tr­íc In = 0,05 .C20/1ng¨n ¨cqui ®¬n. - Khi ph¸t hiÖn thÊy hiÖu ®iÖn thÕ trªn c¸c cùc cña acqui ®¬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 tr­íc Un = 2,7V/ 1 ng¨n acqui ®¬n. - N¹p æn ¸p cho tíi khi dßng ®iÖn n¹p tiÕn vÒ kh«ng. ch­¬ng II ph­¬ng ¸n chØnh l­u I. NhËn xÐt chung: Bé chØnh l­u 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. Trong kÜ thuËt cã nhiÒu ph­¬ng ¸n chØnh l­u nh­: chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn (chØnh l­u ®i«t); chØnh l­u ®iÒu khiÓn (chØnh l­u tiristor); chØnh l­u mét pha; ba pha; s¸u pha. Tuú thuéc vµo yªu cÇu cô thÓ mµ ta lùa chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u thÝch hîp nhÊt nh»m ®¸p øng ®­îc c¸c chØ tiªu vÒ mÆt kÜ thuËt vµ kinh tÕ. II.Yªu cÇu cô thÓ : Trong ®å ¸n nµy ,víi yªu cÇu cô thÓ lµ: thiÕt kÕ bé nguån n¹p ¾c quy cã thÓ n¹p cho ¾c quy 24-50V vµ dßng n¹p 40- 60A. - V× yªu cÇu cña ®Ò dïng chØnh l­u ®iÒu khiÓn nªn ta chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u tiristor. - V× t¶i yªu cÇu c«ng suÊt vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p ®iÒu chØnh kh«ng cao nªn ta chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u mét pha nh»m lµm gi¶m gi¸ thµnh ®Çu t­ thiÕt bÞ vµ ®¬n gi¶n ho¸ viÖc thiÕt kÕ tÝnh to¸n. Tõ nh÷ng nhËn xÐt trªn ta cÇn ph©n tÝch c¸c s¬ ®å chØnh l­u ®iÒu khiÓn mét pha ®Ó t×m ra ph­¬ng ¸n thÝch hîp nhÊt. III.C¸c ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch chØnh l­u : 1. ChØnh l­u mét pha 2 nöa chu kú cã ®iÒu khiÓn: Trong s¬ ®å nµy ,m¸y biÕn ¸p f¶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 . Trong nöa chu kú ®Çu , khi U2>E th× ®iÖn ¸p anot ë T1 d­¬ng, ®iÖn ¸p ë Katot T1 ©m, T1 s½n sµng dÉn.NÕu c¸p xung ®iÒu khiÓn cho T1 vµo lóc nµy th× T1 sÏ dÉn.Dßng sÏ ch¶y qua T1-R-E, víi nguån lµ U2 Trong nöa chu kú sau, khi U > E th× ®iÖn ¸p anot ë T2 d­¬ng, ®iÖn ¸p Katot cña T2 ©m, T2 s½n sµng dÉn.NÕu cÊp xung ®iÒu khiÓn cho T2 vµo lóc nµy th× T2 sÏ dÉn.Dßng sÏ ch¶y qua T2-R-E, víi nguån lµ U Chó ý: NÕu ta cÊp xung vµo thêi ®iÓm U<E th× van kh«ng dÉn ,m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ®iÒu khiÓn sao cho xung ph¸t ra kh«ng r¬i vµo thêi ®iÓm nµy Tõ ®å thÞ ta cã: - TrÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i: Ud=+= - TrÞ trung b×nh cña dßng qua t¶i : Id = = - TrÞ sè dßng hiÖu dông qua van : I2=I=Ihdv= - TrÞ sè dßng hiÖu dông qua t¶i: Ihd = Ta thÊy Ihdv= - §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn van: U=2U2 * 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 ,lµm cho viÖc chÕ t¹o m¸y biÕn ¸p phøc t¹p h¬n vµ hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n , mÆt kh¸c ®iÖn ¸p ng­îc cña c¸c van b¸n dÉn f¶i chÞu cã trÞ sè rÊt lín.ThÝch hîp víi m¹ch chØnh l­u ®iÖn ¸p thÊp nh­ng dßng lín kh«ng cÇn chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao. 2. ChØnh l­u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn ®èi xøng: Trong nöa chu kú ®Çu , lóc U2 > E ®iÖn ¸p anod cña tiristo T1 d­¬ng lóc ®ã catod cña T2 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn c¶ hai van T1 ,T2 ®ång thêi ,th× c¸c van nµy sÏ ®­îc më th«ng ®Ó ®Æt ®iÖn ¸p l­íi lªn t¶i , T1 , T2 sÏ dÉn ®Õn khi U2 < E. Trong nöa chu kú sau , khi U2 > E , ®iÖn ¸p anod cña tiristo T3 d­¬ng lóc ®ã catod cña T4 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn c¶ hai van T3 ,T4 ®ång thêi ,th× c¸c van nµy sÏ ®­îc më th«ng ®Ó ®Æt ®iÖn ¸p l­íi lªn t¶i. (víi ®iÒu kiÖn ) §iÖn ¸p trung b×nh ®Æt lªn t¶i: Ud= + Ihd= Dßng trung b×nh ch¹y qua tiristo : Itb = Id/2 Dßng hiÖu dông ch¹y qua van :IhdV= §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van : * NhËn xÐt : So víi s¬ ®å trªn ,ë s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van chØ b»ng mét nöa,biÕn ¸p dÔ chÕ t¹o vµ cã hiÖu suÊt cao h¬n . Tuy nhiªn , s¬ ®å nµy nhiÒu khi gÆp khã kh¨n trong viÖc më c¸c van ®iÒu khiÓn, nhÊt lµ khi c«ng suÊt xung kh«ng ®ñ lín . 3 . ChØnh l­u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng(th¼ng hµng) : - ë nöa chu k× d­¬ng cña u2 khi ≤ hay ³ mµ cho xung ®iÒu khiÓn më T1 th× T1vµ c¶ D1 ®Òu kh«ng më ®­îc do trong m¹ch cã søc ®iÖn ®éng E lµm cho thÕ UAK cña tiristor ©m. Khi < <, ta cho xung ®iÒu khiÓn më T1 th× D1 còng më cho dßng ch¶y qua t¶i theo ®­êng: A - T1 - (R + E) – D1 - O Nh­ vËy, ë nöa chu kú d­¬ng cña u2, nÕu gãc më n»m trong kho¶ng (;) th× T1 vµ D1 më cho dßng ch¶y qua t¶i. - ë nöa chu kú ©m cña u2, t­¬ng tù nh­ trªn khi <<, ta cho xung ®iÒu khiÓn më T2 th× D2 còng më ngay cho dßng ch¶y qua t¶i theo ®­êng: O- D2 - (R+E) - T2 - A Nh­ vËy, ë nöa chu kú ©m cña u2, nÕu gãc më n»m trong kho¶ng (;) th× T2 vµ D2 më cho dßng ch¶y qua t¶i. Gãc dÉn dßng cña ®ièt vµ cña tiristor trong s¬ ®å nµy b»ng nhau vµ: = VÒ nguyªn t¾c, cã thÓ thay ®æi ®­îc trong kho¶ng (0;л) nh­ng do sù cã mÆt cña søc ®iÖn ®éng E cña t¶i nªn gãc më ®­îc khèng chÕ trong kho¶ng (;). - TrÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i: Ud = += - TrÞ trung b×nh cña dßng qua t¶i : Id = = - TrÞ trung b×nh cña dßng qua tiristor vµ ®i«t: IT = ID = = TrÞ hiÖu dông dßng qua van vµ di«t: Ihdv= Tõ c¸c ph©n tÝch vÒ c¸c s¬ ®å ë trªn , ta chän s¬ ®å chØnh l­u cÇu kh«ng ®èi xøng v× so víi s¬ ®å cÇu ®èi xøng mÆc dï d¶i ®iÒu chØnh vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p chØnh l­u lµ nh­ nhau , nh­ng cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng chØ sö dông mét nöa sè van lµ tiristor, nöa cßn l¹i lµ ®i«t. Tõ ®ã mµ gi¶m ®­îc gi¸ thµnh thiÕt bÞ biÕn ®æi bëi v× ®i«t rÎ h¬n rÊt nhiÒu so víi tiristor vµ s¬ ®å ®iÒu khiÓn còng trë nªn ®¬n gi¶n h¬n do cßn Ýt kªnh ®iÒu khiÓn. V× vËy ta chän m¹ch cÇu kh«ng ®èi xøng ®Ó n¹p cho ¾c quy. KÕt luËn: S¬ ®å lùa chän lµ : S¬ ®å ''ChØnh l­u cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng''. Ch­¬ng III thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc I.S¬ ®å m¹ch lùc : Rs Rf R C R C D1 D2 T1 T2 AT 220V 50Hz AQ 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 nÆng nÒ khi c¸c acqui ®­îc n¹p no: Mçi ng¨n acqui cã ®iÖn ¸p lµ 2V.§Ó cã acqui 50V ta cÇn =25 ng¨n. §Ó n¹p no th× cÇn ®iÖn ¸p n¹p cho mçi ng¨n lµ 2,7V. Khi ®ã : =2,7=67,5 (V) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt trªn van : =.U2 víi cho s¬ ®å chØnh l­u cÇu mét pha ks® = 0,9 thay vµo ta cã: Ungmax = . =106,1 V Do thùc tÕ ®iÖn ¸p l­íi kh«ng æn ®Þnh vµ ®­îc phÐp dao ®éng ,mÆt kh¸c cã nhiÒu yÕu tè ¶nh h­ëng ngÉu nhiªn trªn m¹ng ®iÖn nªn van ®­îc chän víi mét hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p nhÊt ®Þnh: víi Ku lµ hÖ sè dù tr÷ cho van. Ta chän : Ku =1,7 = 106,1.1,7 = 180,4(V). ChØ tiªu dßng ®iÖn : - TÝnh dßng ®iÖn cña van Dßng ®iÖn trung b×nh thùc tÕ qua van: Thùc tÕ ph¶i chän van chÞu ®­îc hÖ sè qu¸ dßng KI = 1,2: Trong s¬ ®å nµy, chÕ ®é lµm viÖc cña tiristor vµ ®i«t lµ gièng nhau nªn ®iÒu kiÖn chän van gièng nhau. V× t¶i cã c«ng suÊt nhá nªn ta chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van lµ lµm m¸t tù nhiªn, dïng c¸nh t¶n nhiÖt chuÈn víi ®èi l­u kh«ng khÝ. VËy ®iÒu kiÖn chän van: Lùa chän van : Diode : Lo¹i C40-020R Imax= 40A Ungmax= 200V ΔU =1,1V TCP= 2000C Thyristor : Lo¹i T10-40 do Liªn X« chÕ t¹o =40A =200V =150mA =4V ΔU=1,75V du/dt=100(V/s) di/dt=40(A/ μs) 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 vµ ng¾n m¹ch tiristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p. b) B¶o vÖ qu¸ ¸p,tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p cho van : B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do qu¸ tr×nh ®ãng c¾t c¸c tiristor ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c R – C song song víi thyristor. Khi cã sù chuyÓn m¹ch, c¸c ®iÖn tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc 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. Khi cã m¹ch R – C m¾c song song víi thyristor nã t¹o ra vßng phãng ®iÖn trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn b¶o vÖ ®­îc thyristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p. NÕu tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p v­ît qu¸ du/dt cho phÐp cña van th× van sÏ dÉn mµ kh«ng cÇn dßng ®iÒu khiÓn.Do ®ã ta ph¶i m¾c thªm R-C song song víi thyristor , nã sÏ lµm gi¶m tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p trªn thyristor.Ta ph¶i bè trÝ sao cho Thyristor ph¶i n»m s¸t C. §iÖn trë R cã t¸c dông h¹n dßng phãng cña tô khi van dÉn. Theo tÝnh to¸n kinh nghiÖm ta chän C=0,3F , R=70. c) H¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng : V× víi 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 t­îng ®èt nãng côc bé trong van v× vËy ta ph¶i cã biÖn ph¸p h¹n chÕ nã. BiÖn ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt lµ m¾c nèi tiÕp víi t¶i mét cuén c¶m. Tuy nhiªn v× ta sö dông nguån biÕn ¸p cho chØnh l­u nªn ®iÖn c¶m trong cuén d©y m¸y biÕn ¸p còng ®· ®ñ ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn trªn. 3. C¸c thiÕt bÞ chØ thÞ : Ampe kÕ ®o dßng n¹p: chän lo¹i ampe kÕ 100 A. Vol kÕ ®o ®iÖn ¸p n¹p: chän lo¹i vol kÕ 100 V. 4. §iÖn trë lÊy tÝn hiÖu: Rs: lÊy tÝn hiÖu ph¶n håi dßng vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn. TÝn hiÖu ph¶n håi ¸p ta nèi trùc tiÕp vµo hai ®Çu cña ¾c quy.  5.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p : U1 ,I1 Ud,Id U2, I2 BA a) TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n : 1. §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i : Udo = Ud + UV + Uba + Udn Trong ®ã : Ud= 67,5 V - §iÖn ¸p chØnh l­u UV = 1,1 +1,75 =2,85 V - Sôt ¸p trªn c¸c van Uba =10% Ud = 6,75 V -Sôt ¸p bªn trong m¸y biÕn ¸p khi cã t¶i . Udn 0 -Sôt ¸p trªn d©y dÉn (coi rÊt nhá). VËy : Udo = 67,5+2,85+6,75 =77,1 V. 2. C«ng suÊt t¶i tèi ®a: Pdmax = Udo. Id = 77,1.60 = 4626 W 3. C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p : Sba = kP. Pdmax = 1,23.4626 = 5690 W Víi s¬ ®å cÇu mét pha : kP =1,23. b) TÝnh s¬ bé m¹ch tõ(x¸c ®Þnh kÝch th­íc b¶n m¹ch tõ): TiÕt diÖn s¬ bé trô : QFe = kQ. 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 =1 f: lµ tÇn sè dßng ®iÖn xoay chiÒu (ë ®©y tÇn sè lµ f =50Hz). Tõ ®ã chóng ta cã : QFe =5. = 53,34 cm2. 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 ===85,67 V víi s¬ ®å cÇu mét pha : ku = 0,9 - HÖ sè m¸y biÕn ¸p : kba == = 2,57 Sè vßng d©y mçi pha m¸y biÕn ¸p : Ta cã c«ng thøc : W = vßng. 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 (th­êng chän trong kho¶ng tõ 1 – 1,8 Tesla). QFe- TiÕt diÖn lâi thÐp(m2). Ta chän thÐp lµm m¸y biÕn ¸p lµ lo¹i cã m· hiÖu lµ 330 dµy 0,5mm tõ ®ã ta cã B=1,1T. Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. W1 =170 vßng. Sè vßng d©y cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p. W2 = 66 vßng. Dßng ®iÖn c¸c cuén d©y : Dßng thø cÊp : I2 = k2 . Id = 1,11 . 60 = 66,6 A Dßng s¬ cÊp : I1 = I2 / kba = 25,9 A TiÕt diÖn d©y dÉn : Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p: Víi m¸y biÕn ¸p dÇu vµ d©y dÉn b»ng ®ång, chän J1 = J2 = 3(A/mm2) TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : S1 = = = 8,633 mm 2. TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p : S2 = = = 22,2 mm2. §­êng kÝnh d©y dÉn : Do d©y dÉn cã tiÕt diÖn nhá nªn ë ®©y chóng ta chän d©y dÉn trßn. §­êng kÝnh cña d©y dÉn thø cÊp lµ : d2 = = = 5,3 mm. §­êng kÝnh cña d©y dÉn s¬ cÊp lµ : d1 = = = 3,3 mm. Ch­¬ng IV m¹ch ®iÒu khiÓn I. Yªu cÇu chung vµ cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn : 1. Môc ®Ých vµ yªu cÇu chung víi m¹ch ®iÒu khiÓn: * M¹ch ®iÒu khiÓn lµ kh©u rÊt quan träng trong bé biÕn ®æi tiristor, nã cã vai trß quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt l­îng, ®é tin cËy cña bé biÕn ®æi. M¹ch ®iÒu khiÓn rÊt ®a d¹ng nh­ng víi hÖ thèng m¹ch lùc cô thÓ cña m¹ch n¹p cÇn cã mét hÖ ®iÒu khiÓn thÝch øng. Víi m¹ch nµy, hÖ ®iÒu khiÓn sÏ ph¸t xung më hai tiristor T1,T2. C¸c tiristor sÏ më khi tho¶ m·n ®ång thêi hai ®iÒu kiÖn: - Mét ®iÖn ¸p d­¬ng ®ñ lín ®Æt lªn hai cùc cña tiristor theo h­íng tõ an«t ®Õn kat«t. - Xung ®iÖn ¸p d­¬ng ®­a vµo cùc ®iÒu khiÓn ®ñ lín vÒ biÖn ®é, ®é réng. §Ó lµm thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i chØ cÇn thay ®æi thêi ®iÓm ph¸t xung ®iÒu khiÓn, tøc lµ thay ®æi gãc më cña c¸c van. ¦u ®iÓm cña tiristor lµ chØ cÇn dßng vµ ¸p ®iÒu khiÓn nhá nh­ng cã thÓ chÞu ®­îc ¸p vµ dßng rÊt lín ch¶y qua. * M¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô chÝnh sau: + Ph¸t xung ®iÒu khiÓn (xung ®Ó më van) ®Õn c¸c van lùc theo ®óng ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn cÇn thiÕt. + §¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn min-max t­¬ng øng víi ph¹m vi thay ®æi ®iÖn ¸p ra cña m¹ch lùc. + Cã ®é ®èi xøng ®iÒu khiÓn tèt , kh«ng v­ît qu¸ 10-30 ®iÖn ,tøc lµ gãc ®iÒu khiÓn víi mäi van kh«ng ®­îc qua lÖch gi¸ trÞ trªn . + §¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ tin cËy khi l­íi ®iÖn xoay chiÒu dao ®éng c¶ vÒ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµ tÇn sè. + Cho phÐp bé chØnh l­u lµm viÖc b×nh th­êng víi c¸c chÕ ®é kh¸c nhau do t¶i yªu cÇu nh­ chÕ ®é khëi ®éng ,chÕ ®é nghÞch l­u , chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc hay gi¸n ®o¹n , chÕ ®é h·m hay ®¶o chiÒu + Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«n nghiÖp tèt . + §é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh ,d­íi 1ms. +§¶m b¶o xung ®iÒu khiÓn ph¸t tíi c¸c van phï hîp ®Ó më ch¾c ch ¾n c¸c van ,cã nghÜa lµ ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu : §ñ c«ng suÊt (vÒ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÒu khiÓn ). Cã s­ên dãc ®øng ®Ó më van chiãnh x¸c vµo thêi ®iÓm quy ®Þnh ,th­êng tèc ®é t¨ng ¸p ®iÒu khiÓn ph¶i ®¹t 10V/us ,tèc ®é t¨ng dßng ®iÒu khiÓn ®¹t 0,1A/us . §é réng xung ®iÒu khiÓn ®ñ cho dßng qua van v­ît trÞ sè dßng ®iÖn duy tr× Idt cña nã , ®Ó khi ng¾t xung van vÉn gi÷ ®­îc tr¹ng th¸i dÉn . Cã d¹ng phï hîp víi s¬ ®å chØnh l­u vµ tÝnh chÊt t¶i. + Ngoµi ra hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i cã nhiÖm vô æn ®Þnh dßng ®iÖn ra t¶i vµ b¶o vÖ hÖ thèng khi x¶y ra sù cè qu¸ dßng hay ng¾n m¹ch t¶i. 2. CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn: C¸c hÖ ®iÒu khiÓn chØnh l­u: Cã hai hÖ ®iÒu khiÓn c¬ b¶n lµ hÖ ®ång bé vµ hÖ kh«ng ®ång bé . + HÖ ®ång bé : trong hÖ nµy gãc ®iÒu khiÓn më van lu«n ®­îc x¸c ®Þnh xuÊt ph¸t tõ mét thêi ®iÓm cè ®Þnh cña ®iÖn ¸p lùc .V× vËy trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i cã mét kh©u thùc hiÖn nhiÖm vô nµy gäi lµ kh©u ®ång pha ®Ó ®¶m b¶o m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo nhÞp cña ®iÖn ¸p lùc . + HÖ kh«ng ®ång bé : trong hÖ nµy gãc ®iÒu khiÓn më van kh«ng ®­îc x¸c ®Þnh theo ®iÖn ¸p lùc mµ ®­îc tÝnh dùa vµo tr¹ng th¸i cña t¶i chØnh l­u vµ vµo gãc ®iÒu khiÓn cña lÇn ph¸t xung më van ngay tr­íc ®Êy .Do ®ã , m¹ch ®iÒu khiÓn nµy kh«ng cµn kh©u ®ång pha ,tuy nhiªn ®Ó bé chØnh l­u ho¹t ®éng b×nh th­êng b¾t buéc ph¶i thùc hiÖn ®iÒu khiÓn theo m¹ch vßng kÝn , kh«ng thÓ thùc hiÖn víi m¹ch hë. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn: §Ó ®iÒu chØnh gãc më cña c¸c tiristor trong nöa chu k× ®iÖn ¸p d­¬ng ta th­êng dïng hai nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn: th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh vµ th¼ng ®øng arccos. a) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh: 0 us 2л л Ucm Usm Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p : - §iÖn ¸p ®ång bé (us), ®ång bé víi ®iÖn ¸p dÆt trªn cùc A - K cña tiristor, th­êng ®Æt vµo ®Çu ®¶o cña kh©u so s¸nh. - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (ucm) - ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é, th­êng ®Æt vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh . BÊy giê hiÖu ®iÖn thÕ ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh lµ: Ud= ucm - us Mçi khi ucm=us th× kh©u so s¸nh lËt tr¹ng th¸i, ta nhËn ®­îc "s­ên xuèng" cña ®iÖn ¸p ®Çu ra cña kh©u so s¸nh. "S­ên xuèng" nµy th«ng qua ®a hµi mét tr¹ng thÊi æn ®Þnh t¹o ra mét xung ®iÒu khiÓn. Nh­ vËy, b»ng c¸ch lµm biÕn ®æi ucm ng­êi ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra, tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc më cña tiristor. Gi÷a vµ ucm cã quan hÖ: Ng­êi ta lÊy Ucmmax=Usm b) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng "arccos": Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p : - §iÖn ¸p ®ång bé (us),v­ît tr­íc uAK=Um.sin cña tiristor mét gãc lµ : us= Um.cos - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (ucm) - ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é (theo hai chiÒu d­¬ng vµ ©m) NÕu ®Æt us vµo cæng ®¶o vµ ucm vµo cæng kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh th× khi us=ucm ta sÏ nhËn ®­îc mét xung rÊt m¶nh ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh khi kh©u nµy lËt tr¹ng th¸i: Ucm 0 2л л us uAK α Um.cos = ucm . Do ®ã : = arccos. Khi ucm = Um th× = 0. Khi ucm = 0 th× = . Khi ucm = - Um th× = . Nh­ vËy, khi ®iÒu chØnh ucm tõ trÞ ucm = +Um ®Õn trÞ ucm = -U m, ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc gãc më tõ 0 ®Õn . Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn nµy ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái chÊt l­îng cao. II. S¬ ®å khèi vµ chøc n¨ng: Dùa vµo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn vµ yªu cÇu cña c«ng nghÖ ta thiÕt lËp ®­îc s¬ ®å khèi cña bé ®iÒu khiÓn: Ud Uph U®k Ung §F Utùa SS DX K§K B § K Trong ®ã: Ung: §iÖn ¸p nguån U®k: §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn 1. Kh©u ®ång pha ( §F ): Cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p trïng pha víi ®iÖn ¸p thø cÊp biÕn ¸p m¹ch lùc. Kh©u nµy cã chøc n¨ng x¸c ®Þnh ®iÓm gèc ®Ó tÝnh gãc ®iÒu khiÓn α. V× vËy nã cã gãc pha liªn hÖ chÆt chÏ víi ®iÖn ¸p m¹ch lùc. Th«ng th­êng kh©u ®ång pha cßn lµm nhiÖm vô c¸ch ly gi÷a m¹ch lùc ®iÖn ¸p cao víi m¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p thÊp. 2. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa (Utùa): T¹o ®iÖn ¸p cã d¹ng cè ®Þnh ( tam gi¸c, r¨ng c­a, cosin ) cã chu kú lµm viÖc theo nhÞp cña ®iÖn ¸p ®ång pha. 3. Kh©u so s¸nh( SS ): NhËn tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa(Utùa)vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn(U®k)vµ tiÕn hµnh so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa Utùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau ( U®k = Utùa) ®Ó ph¸t xung ®iÒu khiÓn tøc lµ x¸c ®Þnh gãc më a. 4. Kh©u d¹ng xung ( DX): Nh»m t¹o ra c¸c xung cã d¹ng phï hîp ®Ó më ch¾c ch¾n van chØnh l­u. ë mäi chÕ ®é lµm viÖc c¸c xung nµy ®­îc khëi ®éng nhê m¹ch so s¸nh, th­êng ®­îc sö dông xung chïm. 5. Kh©u khÕch ®¹i xung (K§X): TiÕn hµnh khÕch ®¹i xung tõ m¹ch d¹ng xung ®­a lªn sao cho cã c«ng suÊt ( U, I ) ®ñ ®Ó më ch¾c ch¾n tiristor. Kh©u nµy còng th­êng lµm nhiÖm vô c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc. Trong tr­êng hîp m¹ch lùc ch¹y ë ®iÖn ¸p thÊp th× chóng ta cã thÓ bá c¸ch ly. 6. Bé ®iÒu khiÓn ( B§K ): Kh©u nµy cã nhiÖm vô nhËn c¸c tÝn hiÖu tõ c«ng nghÖ ®­a tíi vµ c¸c tÝn hiÖu ph¶n håi lÊy tõ t¶i vÒ ®Ó xö lý theo nh÷ng qui luËt ®iÒu khiÓn nhÊt ®Þnh ®Ó quyÕt ®Þnh ®­a ra U®k t¸c ®éng ®Õn gãc ®iÒu khiÓn khèng chÕ nguån n¨ng l­îng ra t¶i cho phï hîp nhÊt. Trong ®å ¸n nµy ®Ó ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu ®iÒu khiÓn, ta sö dông "lý thuyÕt ®iÒu khiÓn theo ®é lÖch" ®Ó æn ®Þnh dßng ®iÖn vµ ®Þªn ¸p trong tõng giai ®o¹n n¹p cña qu¸ tr×nh n¹p acqui tù ®éng. §Ó æn ®Þnh dßng ®iÖn ta ph¶i ph¶n håi ©m dßng ®iÖn; §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ta ph¶i ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p. Trong qu¸ tr×nh n¹p acqui tù ®éng sù æn dßng vµ æn ¸p ®­îc thùc hiÖn theo s¬ ®å sau: In$ - Uph$ - U®k$- a$ - U#d - In#. Un$ - Uph$ - U®k$ - a$ - Ud# - Un#. III.X©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn : 1. Kh©u ®ång pha : a) S¬ ®å vµ nguyªn lý : u2' §iÖn ¸p ®ång pha ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p trªn biÕn trë VR1. T¹i thêi ®iÓm UA=UVR1 th× ®æi dÊu cña ®iÖn ¸p ra khuÕch ®¹i thuËt to¸n. §iÖn ¸p t¹i cöa ©m: §iÖn ¸p ra cöa d­¬ng b»ng uA . §iÖn ¸p ra b»ng: Ura=K0*(u+-u-)=K0*(uA-u-) Khi uA> u- th× ®iÖn ¸p ra Ura=Ubh Khi uA< u- th× ®iÖn ¸p ra Ura=-Ubh KÕt qu¶ ta cã chuçi xung ch÷ nhËt kh«ng ®èi xøng. UA UB q q Uref q1 q2 b)TÝnh to¸n : §iÖn ¸p sau khi tõ ®Çu ra cña biÕn ¸p ®ång pha qua ®i«t §1,§2 ®­îc d¹ng ®iÖn ¸p mét chiÒu nöa h×nh sin . chän ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®ång pha UA=9(V) §iÖn trë R2,R1 ®­îc dïng ®Ó h¹n chÕ dßng vµo KTT. Th­êng chän R2,R1 sao cho dßng vµo KTT nhá h¬n 1(mA) do ®ã: R2> Chän R2=R1=10(K) Chän gãc duy tr× vµ kho¸ n¨ng l­îng lµ 5o th× ®iÖn ¸p ®Æt vµo cöa d­¬ng cña bé so s¸nh lµ: Ud=Usin5o=*12*sin5o=1.48(V) Ta cã : Do ®ã ta cã: VR+R1=90(K) Chän R1=10(K) , VR=100(K) Chän KhuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ lo¹i TL084 cã: Nguån cung cÊp Vcc=12V NhiÖt ®é lµm viÖc : t=-25¸ 850C C«ng suÊt tiªu thô: P=680 mW Tæng trë ®Çu vµo : Rin=106 M Dßng ®iÖn ra : Ira=30pA  2. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a: a) S¬ ®å vµ nguyªn lý : §iÖn ¸p cña bé ph¸t xung ch÷ nhËt ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a. Khi Udp<0 (Udp=-Ubh) khi ®ã §3 dÉn tô C1 n¹p ®iÖn ,®iÖn ¸p trªn tô C1 b»ng ®iÖn ¸p ®Çu ra OA2. §iÖn ¸p trªn tô C1 ®­îc n¹p t¨ng tuyÕn tÝnh. Khi ®iÖn ¸p nµy ®¹t trÞ sè ng­ìng cña ®i«t æn ¸p DZ1 th× nã th«ng vµ gi÷ ®iÖn ¸p ra ë trÞ sè nµy. ë nöa chu kú sau khi Udb>0 th× §3 kho¸ nªn dßng qua §3 b»ng 0 lóc nµy dßng qua tô C1 b»ng dßng qua ®iÖn trë R4 , dßng nµy ng­îc chiÒu víi dßng qua tô C1 ë nöa tr­íc nghÜa lµ tô C1 phãng ®iÖn do ®ã ®iÖn ¸p trªn tô C1 còng nh­ ®iÖn ¸p ra gi¶m tuyÕn tÝnh. Khi ®iÖn ¸p gi¶m ®Õn kh«ng råi ©m th× ®Ü«t DZ1 dÉn theo chÕ ®é nh­ ®i«t b×nh th­êng gi÷ cho ®iÖn ¸p ë gi¸ trÞ 0. b) TÝnh to¸n : Khi Udp>iR5, ®Ó ®¬n gi¶n cã thÓ bá qua iR5 do ®ã iR4=iC Ura= UC =UC(0)+ (v× UC(0)=0) §i«t æn ¸p cã nhiÖm vô kh«ng cho ®iÖn ¸p trªn tô C n¹p qu¸ Udz . Chän lo¹i ®i«t æn ¸p lµ KC162A cã ®iÖn ¸p æn ¸p lµ : UOA=6.2(V), dßng tèi ®a I =22(mA) Víi tÇn sè c«ng nghiÖp f=50Hz th× mçi nöa chu kú T=10(ms), ta ph¶i chän R4 vµ C sao cho thêi gian n¹p ®iÖn ©m t¹i ®Çu ra tõ 06.2(V) trong 0.5(ms) Ta cã : UC = suy ra VËy IC=12400*C Chän C=0.22(F) ta cã :IC=0.22*10-6*12400=2.728*10-3(A) hay IC=2.728(mA) R5= Chän R5=3(K) Khi Udp>0 (Udp=+Ubh) th× §3 kho¸ , tô C phãng ®iÖn Dßng phãng ®iÖn : Ip= §iÖn ¸p trªn tô C gi¶m dÇn theo thêi gian: uc(t)=UC(0)+ gäi tp lµ thêi gian phãng cña tô ®iÖn . Ta chän tp=9(ms) Chän R4 , VR sao cho tô phãng vÒ 0 V trong 9 (ms) ta cã : 0 = UOA- suy ra R4+VR=88000() hay R4+VR=88(K) Chän R4=10(K) , VR=100 (K). 3. Kh©u so s¸nh: a) S¬ ®å vµ nguyªn lý: §©y lµ kh©u dïng ®Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm më tiristor. Ta so s¸nh ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®iÓm c©n b»ng cña hai ®iÖn ¸p nµy lµ thêi ®iÓm më tiristor. §Ó so s¸nh hai tÝn hiÖu t­¬ng tù ng­êi ta cã thÓ dïng KTT hoÆc dïng transistor nh­ng trong thùc tÕ ng­êi ta th­êng dïng KTT do c¸c ­u ®iÓm sau : - Tæng trë vµo cña Opam rÊt lín nªn kh«ng g©y ¶nh h­ëng ®Õn ®iÖn ¸p ®­a vµo so s¸nh , nã cã thÓ t¸ch biÖt hoµn toµn chóng ®Ó kh«ng g©y t¸c ®éng sang nhau . - TÇng vµo cña Opam th­êng lµ lo¹i khuyÕch ®¹i vi sai , mÆt kh¸c cã nhiÒu tÇng nªn hÖ sè khuyÕch ®¹i rÊt lín. V× thÕ ®é chÝnh x¸c so s¸nh rÊt cao , ®é trÔ kh«ng qu¸ vµi micro gi©y. - S­ên xung dèc ®øng nÕu so víi tÇn sè 50 Hz. Thùc tÕ khi ®é chªnh lÖch gi÷a Urcvµ Udk chØ kho¶ng vµi miliv«n th× ®iÖn ¸p ë ®Çu ra cña nã ®· thay ®æi hoµn toµn tõ tr¹ng th¸i b·o hoµ ©m sang tr¹ng th¸i b·o hoµ d­¬ng vµ ng­îc l¹i. Víi nh÷ng ­u ®iÓm ®ã ta dïng KTT ®Ó so s¸nh, ta dïng kh©u so s¸nh kiÓu hai cöa, s¬ ®å nh­ h×nh vÏ: Khi Udk>Urc th× ®iÖn ¸p ra cña kh©u so s¸nh lµ Ura=+Ubh Khi Udk<Urc th× ®iÖn ¸p ra cña kh©u so s¸nh lµ Ura=-Ubh KÕt qu¶ ta cã xung d¹ng ch÷ nhËt nh­ h×nh d­íi. b) TÝnh to¸n : R6,R7 cã gi¸ trÞ lín ®Ó dßng vµo OPAM lµ rÊt nhá. Chän KTT lµ lo¹i TL084. NÕu nguån nu«i cã Vcc=12(V) th× ®iÖn ¸p vµo OPAM xÊp xØ 12(V). Dßng vµo ®­îc h¹n chÕ ®Ó Ilv<1 (mA) do ®ã ta chän : R6=R7=R vµ tho¶ m·n ®iÒu kiÖn Ilv() Chän R6=R7=15(K) 4. Kh©u d¹ng xung , kh©u t¸ch xung vµ kh©u khuÕch ®¹i xung : a) S¬ ®å vµ nguyªn lý : Kh©u d¹ng xung : §©y lµ kh©u nh»m t¹o ra d¹ng xung phï hîp ®Ó tháa m·n yªu cÇu ho¹t ®éng cña m¹ch lùc . Ta sö dông t¹o xung ®¬n b»ng m¹ch vi ph©n RC . Khi Uss = -Ubh : tô C ®­îc n¹p b»ng nguån ©m theo ®­êng : 0®R®C®Uss . Khi Uss = +Ubh : sÏ xuÊt hiÖn xung ®iÖn ¸p trªn R cã gi¸ trÞ b»ng ®iÖn ¸p cã s½n trªn tô céng víi ®iÖn ¸p ®Çu ra cña So s¸nh. Do ®ã tæng sÏ lµ 2Ubh. Sau ®ã tô C b¾t ®Çu qu¸ tr×nh n¹p ®¶o ®Ó cuèi cïng l¹i ®Õn trÞ sè Ubh nh­ng ng­îc dÊu ban ®Çu . §iÖn ¸p trªn tô : ,víi §iÖn Êp ®Çu ra m¹ch vi ph©n chÝnh lµ ®iÖn ¸p trªn ®iÖn trë R: suy ra dßng ®iÖn cã quy luËt : Nh­ vËy ®iÖn ¸p suy gi¶m theo hµm mò víi h»ng sè thêi gian ,do ®ã sau thêi gian kho¶ng 3 th× cã thÓ cho r»ng ®iÖn ¸p ra vÒ kh«ng.VËy ®é réng xung ®¬n t¹o ra theo ph­¬ng ph¸p nµy lµ : tx=3 Kh©u khuÕch ®¹i xung : §©y lµ kh©u khuÕch ®¹i c«ng suÊt xung tõ kh©u d¹ng xung ®­a ®Õn ®Ó më ch¾c van , c¸ch ly m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn . Ta sö dông K§X dïng biÕn ¸p xung. Kh©u t¸ch xung : Sau kh©u t¹o d¹ng xung ta nhËn ®­îc 2 xung ®iÒu khiÓn do ®ã trong mét chu k× ®iÖn ¸p xoay chiÒu mçi van sÏ nhËn ®­îc 2 xung ®iÒu khiÓn ë c¶ hai nöa chu k×. ViÖc ph¸t xung ®iÒu khiÓn cho van khi ®iÖn ¸p trªn van ©m lµ cã thÓ ®­îc ,song kh«ng mong muèn. Ta sÏ sö dông Kh©u t¸ch xung ®Ó x¸c ®Þnh ®­îc ë chu k× d­¬ng (©m) sÏ ph¸t xung cho Thyristor nµo.Lóc ®ã van lùc nhËn xung ®iÒu khiÓn chØ ë giai ®o¹n ®iÖn ¸p trªn nã lµ d­¬ng. §iÖn ¸p U'2 ®­îc lÊy tõ kh©u ®ång pha: khi U'2 > 0 qua KTT cho ®iÖn ¸p ra d­¬ng vµ ch©n cæng AND víi logic 1 , kÕt hîp víi Udx ®­îc ®­a vµo ch©n kia cña cæng AND sÏ cho xung chØ cã khi ®iÖn ¸p trªn thyristor d­¬ng .Sau ®ã ch©n ra cæng AND ®­a vµo kh©u KhuÕch ®¹i xung. b) TÝnh to¸n : Kh©u khuÕch ®¹i xung : Thyristor cã : IG = 0,15 A vµ UG = 4V. M¸y biÕn ¸p xung cã tØ sè c¸c cuén d©y lµ k=2. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cuén s¬ cÊp : U1 = UG . k = 8V I1 = Ic = IG/k = 0,075 A Chän E = 12 V C¶ hai van T1 vµ T2 ®Òu chän theo ®iÒu kiÖn ®iÖn ¸p nh­ nhau lµ chiô ®­îc trÞ sè nguån Ecs. VÒ dßng ®iÖn , bãng T2 chän theo dßng ®iÖn qua cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung: IT2=I1=0,075 A VËy chän bãng T2 lo¹i BD135 Cã tham sè UCE=45V; ICmax=1,5A; bmin=40 Dßng qua colector cña T1 chÝnh lµ dßng qua baz¬ T2 IT1=1,5/40=0,0375A Chän T1 lo¹i BC107 cã UCE=45V; ICmax=0,1A;bmin=110 chän R11=30 Sau khi ®· chän ®­îc c¸c phÇn tö cña m¹ch khuÕch ®¹i xung cã thÓ tÝnh to¸n c¸c phÇn tö cña m¹ch t¹o xung víi sè liÖu cÇn thiÕt nh­ sau : §é réng xung tx=2.tm=2.45=90 μs Kh©u d¹ng xung : Dßng qua tô : Dßng xung nhän víi gi¸ trÞ ®Ønh : Imax = 2Ubh/R Chän gi¸ trÞ ®Ønh kh«ng qu¸ 8 mA .§iÖn ¸p b·o hßa : Ubh = E-1,5 = 10,5 V VËy ta cã : R10 > 2U/Imax =2,6k ; ta chän R10 = 3k. Chän t¹o xung kim víi tx = 90.10-6 s nªn R10.C =tx/3 = 30.10-6 s Suy ra ta chän C = 10nF Kh©u t¸ch xung: Chän KTT lµ lo¹i TL084, cæng AND lµ lo¹i IC 4081 cã 4 cæng AND trong mét vá vµ cã c¸c th«ng sè: Nguån nu«i: Vcc=3(V) .Chän Vcc=12(V) NhiÖt ®é lµm viÖc :-40oC §iÖn ¸p øng víi møc logic cao :2 4.5(V) ,dßng 1 (mA) C«ng suÊt tiªu thô :P=2.5 (nW\1cæng) 5. TÝnh to¸n biÕn ¸p xung : * BiÕn ¸p xung th­êng ph¶i lµm viÖc víi tÇn sè cao nªn lâi thÐp cho tÇn sè l­íi ®iÖn 50Hz kh«ng ®¸p øng ®­îc , Chän vËt liÖu lµm lâi lµ s¾t Ferit HM. Lâi cã d¹ng h×nh xuyÕn, lµm viÖc trªn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã: DB = 0,3 (T), DH = 30 ( A/m ) kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ. * TÝnh thÓ tÝch lâi thÐp cÇn cã : Trong ®ã: m tb - ®é tõ thÈm trung b×nh m tb= m o = 1,25 . 10-6 (H/m); Q - tiÕt diÖn lâi s¾t; l - chiÒu dµi trung b×nh ®­êng søc tõ; tx- ®é réng mét xung ,(s) sx-®é sôt ¸p xung cho phÐp , th­êng lÊy b»ng 0,1¸0,2 víi tx= 90 μs + Tû sè biÕn ¸p xung : th­êng m = 2¸3, chän m= 2 + §iÖn ¸p cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung: U2 = Udk =5V + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung: U1 = m. U2 = 2.4 = 8 (V) + Dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p xung: I2 = Idk =0,15 (A) + Dßng ®iÖn s¬ cÊp biÕn ¸p xung: I1 = I2 /m =0,15/2=0,075(A) + §é tõ thÈm trung b×nh t­¬ng ®èi cña lâi s¾t: mtb =DB/m0 . DH = (H/m) trong ®ã : m0=1,25.10-6 (H/ m) lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ ThÓ tÝch cña lâi thÐp cña lâi thÐp cÇn cã: V= Q.l = (mtb . m0 . tx . sx . Ul . Il )/ DB2 Thay sè V= Chän lâi h×nh trô kÝ hiÖu 1811 cã V=1,12 cm 3 , ®­êng kÝnh ngoµI 18mm , ®­êng kÝnh trong 11 mm, tiÕt diÖn lâi t­¬ng øng 0,443 cm 2 ,víi thÓ tÝch ®ã ta cã kÝch th­íc m¹ch tõ nh­ sau: a = 3,5 mm Q = 0,443 cm2 = 44,3 mm2 d = 11 mm D = 18 mm + Sè vßng quÊn d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung: w1 = U1 tx / DB.Q =54 ( vßng ) + Sè vßng d©y thø cÊp : w2 = w1 / m = 54/2 = 27 (vßng ) Chän mËt ®é dßng ®iÖn : j1 =6 ( A/mm2 ) , j2 = 4 (A/mm2) + TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: s1 = I1 /J1 = 0,075 /6 = 0,0125 (mm2 ). + §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : d1 = = 0,13 (mm) + TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: s2 = I2 / J2 = 0,15/4 = 0,0375 (mm2 ). + §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d2 = = 0,22(mm). 6.Nguån cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn : M¹ch ®iÒu khiÓn ë trªn ®ßi hái nguån cung cÊp lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu , trÞ sè æn ¸p vµ ®é æn ®Þnh tuú thuéc vµo tõng kh©u trong m¹ch .CÇn thiÕt kÕ c¸c lo¹i nguån sau : - Nguån kh«ng ®ßi hái ®é æn ®Þnh cao sö dông m¹ch chØnh l­u chØ läc b»ng tô ®iÖn vµ kh«ng cÇn æn ¸p cung cÊp cho kh©u ®ång pha , kh©u khuÕch ®¹i c«ng suÊt . - Nguån mét chiÒu æn ¸p dïng IC æn ¸p cÊp nguån cho c¸c vi m¹ch nh­ khuÕch ®¹i thuËt to¸n , IC logic . a) nguån nu«i æn ¸p dïng IC æn ¸p 7812 ,IC7912: hÇu hÕt c¸c thiÕt bÞ ®Òu dïng nguån mét chiÒu. Nguån mét chiÒu nµy ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch bݪn ®æi ®iÖn ¸p l­íi 220V xoay chiÒu sau ®ã æn ®Þnh ®iÖn ¸p mét chiÒu nµy vµ cung cÊp cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö . nguån æn ¸p lµ nguån lu«n æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra khi thay ®æi ®iÖn ¸p vµo hoÆc thay ®æi t¶i . Ur UV Ud U2 U1 H¹ ¸p c¸ch ly ChØnh l­u M¹ch läc M¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p s¬ ®å khèi cña bé nguån mét chiÒu æn ¸p: C¸c phÇn tö thùc hiÖn khèi chøc n¨ng: - khèi h¹ ¸p vµ c¸ch ly dïng m¸y biÕn ¸p thùc hiÖn. - Khèi chØnh l­u dïng ®i«t ( hoÆc cÇu chØnh l­u ) thùc hiÖn. - M¹ch läc dïng tô ®iÖn ( tô ho¸ ) cã ®iÖn dung lín thùc hiÖn . - M¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p dïng IC chuyªn dông ®Ó thùc hiÖn. IC æn ¸p chuyªn dông cã gi¸ thµnh rÎ vµ tham sè tèt nªn phÇn lín nguån æn ¸p dïng cho m¹ch ®iÒu khiÓn dïng IC æn ¸p chÕ t¹o s½n, trong ®ã IC æn ¸p 78xx lµ th«ng dông nhÊt hiÖn nay. IC nµy ®­îc chÕ t¹o c«ng nghiÖp víi c¸c cÊp ®iÖn ¸p ra chuÈn vµ ®­îc thÓ hiÖn b»ng hai sè xx. Dßng t¶i cho phÐp IC nµy lµ 1A( khi cã t¶n nhiÖt tèt). S¬ ®å æn ¸p dïng IC æn ¸p TÝnh chän c¸c phÇn tö trªn s¬ ®å: - UA 7812 cã §iÖn ¸p ®Çu vµo : 7 ¸35V Dßng ®iÖn ®Çu ra :0 ¸1A §iÖn ¸p ra E=12V UA 7912 cã §iÖn ¸p ®Çu vµo : 7 ¸35V Dßng ®iÖn ®Çu ra : 0 ¸1A §iÖn ¸p ra E=-12V - Chän tô läc ph¼ng C3=C5=1000mF, C3’=C5’=100 mF Chän tô läc nhiÔu C4=C6=0,1mF . - Chän c¸c cÇu chØnh l­u cã I=1A; U=50V(kh«ng cã t¶n nhiÖt) b) tÝnh chän m¸y biÕn ¸p cÊp cho nguån nu«i æn ¸p vµ c¸c linh kiÖn ®iÖn tö trong m¹ch ®iÒu khiÓn: Chän m¸y biÕn ¸p mét pha cã mét cuén s¬ cÊp vµ nhiÒu cuén thø cÊp + Hai cuén chung 0V-6V-12V t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha . + Hai cuén thø cÊp riªng dïng cho nguån nu«i æn ¸p . Hai chØnh l­u cÇu mét pha ®Ó t¹o ®iÖn ¸p nguån nu«i ®èi xøng cho IC . §iÖn ¸p ®Çu vµo cña IC æn ¸p chän 20V. §iÖn ¸p thø cÊp c¸c cuén d©y nµy lµ 20/=14,18V Chän ®iÖn ¸p cña hai cuén thø cÊp nµy lµ 14V + Mét cuén thø cÊp t¹o nguån nu«i cho biÕn ¸p xung ,cÊp xung ®iÒu khiÓn cho c¸c tiristor(+12V). Mçi khi ph¸t xung ®iÒu khiÓn c«ng suÊt xung ®¸ng kÓ , nªn cÇn chÕ t¹o cuén d©y nµy riªng rÏ víi cuén d©y cÊp nguån IC , ®Ó tr¸nh g©y sôt ¸p nguån nu«i IC §iÖn ¸p pha thø cÊp cuén d©y nguån nu«i biÕn ¸p xung lµ 12/=8,485V chän 9V * tÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p: + ®iÖn ¸p l­íi: U1 =220V. + c«ng suÊt cuén d©y ®ång pha: - §iÖn ¸p lÊy ra ë mçi cuén ®ång pha lµ 9V - Dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c cuén d©y ®ång pha lµ 1A c«ng suÊt P®p=2.9.1=18 (W) + C«ng suÊt tiªu thô ë 8 IC TL084 vµ 2 cæng AND lµ PIC=8.0,68 +2.2,5.10-9=5,44 (W) + C«ng suÊt biÕn ¸p xung cung cÊp cho cùc ®iÒu khiÓn Tiristor PT= 2.Udk.Idk=2.4.0,15=1,2(W) + C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i PN=Pdp + PIC + PT =18+5,44 +1,2 = 24,64(W) - hÖ sè c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p h = 0,7, ta cã c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p lµ: Sba = PN/ h. Sba = 24,64/ 0,7 = 35,2 (VA). - chän m¸y biÕn ¸p mét pha mét trô cã lâi s¾t lµm b»ng t«n silic dËp h×nh ch÷ E,I dµy 0,35 mm ghÐp l¹i. Khi ®ã tiÕt diÖn lâi s¾t ®­îc tÝnh bëi: S = 1,2. = 7,12 (cm2), ta chän S = 8(cm2). - HÖ sè d©y quÊn: N0 = (40 ÷ 60)/ S = (40 ÷ 60)/8 = (5 ÷ 7,5) (vßng/ vol) Ta chän N0 = 6 ( vßng / vol). Sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp: W1 = 6.220 = 1320 (vßng ) Sè vßng d©y quÊn thø cÊp: W2 = N0.U2 2 cuén cho nguån : Wmn = 6.14 = 84(vßng) 2 cuén uv,rs : Wuv = Wrs = 4.10 = 40 (vßng). Cuén 0V – 9V – 18V: Wa = Wa' = 6.9 = 54 (vßng) - Dßng ®iÖn trong cuén d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: I1=Sba/U1=35,2/220=0,16(A) - tiÕt diÖn d©y: Ta chän mËt ®é dßng ®iÖn J =3 A/ mm2, ta sÏ cã tiÕt diÖn cuén d©y: S¬ cÊp: S1 = I1/ J = 0,16/ 3 = 0.053 (mm2) . - §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp: d1 = (mm). §­êng kÝnh c¸c cuén thø cÊp ta chän b»ng 0,26 mm . S¬ ®å nguyªn lý: m A Tr.t GND a' a s r v u n 7.Kh©u ph¶n håi: a) S¬ ®å nguyªn lý: b) Nguyªn t¾c ho¹t ®éng: C¸c tÝn hiÖu ph¶n håi dßng UphI vµ ¸p UphU ®­îc lÊy tõ m¹ch lùc råi ®­a vÒ c¸c kh©u ph¶n håi t¹o ra U®k ®Ó ®iÒu khiÓn gãc më α nh»m æn ®Þnh c¸c gi¸ trÞ dßng hoÆc ¸p ®· ®Æt tr­íc theo nguyªn t¾c: I#_UphI#_U®k$_a#_Ucl$_I$ I$_UphI$_U®k#_a$_Ucl#_I#. Un#_UphU#_U®k$_a#_Ucl$_Un$ Un$_UphU$_U®k#_a$_Ucl#_Un#. c) TÝnh chän c¸c phÇn tö trªn s¬ ®å: C¸c bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n ta sö dông IC LM348. S¬ ®å nèi c¸c ch©n nh­ h×nh vÏ. - Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn: Theo nh­ tr×nh bµy ë trªn, dßng ®iÖn ph¶n håi ®­îc lÊy trªn Rsun , ta chän Rsun lo¹i 50A/60mV. §iÖn ¸p r¬i trªn Rsun øng víi gi¸ trÞ dßng Id = 60A lµ : UphI = = 72 mV = 0.072 V. Ta cho tÝn hiÖu nµy so s¸nh víi ®iÖn ¸p trªn triÕt ¸p VR6, nã ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu chØnh dßng n¹p. R15’=32K ,VR6=1K, R15=1K. TÝn hiÖu ra bé so s¸nh U1 chØ cã 3 tr¹ng th¸i lµ (+Ubh, 0, -Ubh) Ta cho tÝn hiÖu nµy qua ®i«t D11,D12 vµ R16,C8 nh­ h×nh vÏ. Chän D11 vµ D12 cã ®iÖn ¸p thuËn 1,5V, khi ®ã ®Ó dßng qua ®­îc §i«t nµy cÇn ph¶i cã ®iÖn ¸p tèi thiÓu ®Æt lªn §i«t lµ 1,5V. Khi U1=Ubh th× C8 ®­îc n¹p,®iÖn ¸p t¨ng dÇn. Khi U1=U-bh th× C8 ®­îc n¹p , ®iÖn ¸p gi¶m dÇn Khi U1=0 th× tô C8 kh«ng ®­îc n¹p nh­ng chóng còng kh«ng bÞ phãng v× cã D11 vµ D12 c¶n.(ta thiÕt kÕ ®iÖn ¸p lín nhÊt trªn C8 lµ 1V nªn kh«ng thÓ dÉn qua ®i«t ®­îc dï lµ ph©n cùc thuËn) Ta cã : UC8=Ubh.(1-) + UC8(0) Ubh=10V, gi¶ sö ban ®Çu UC8(0)=0V == 0,1 = 0,105 §Ó tèc ®é ®¸p øng mét c¸ch hîp lý th× ta chän thêi gian t=10s R16.C8= Chän C8=1000F R16=100K TiÕp theo lµ bé khuÕch ®¹i ®¶o: U2=-().R17 Ta nhËn thÊy víi m¹ch lùc nh­ trªn v× t¶i lµ nguån E nªn ®Ó van më ch¾c lóc c¾m t¶i vµo (I=0) th× Udk=-10V Udk=U2=-UVR2.=-10V ChØnh UVR2=1V, R17=20K ; R18=2K R19 = R18 =2K; §iÒu chØnh chiÕt ¸p VR6 ta sÏ ®iÒu chØnh ®­îc dßng vµo t¶i. - Kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p: Ta lÊy UphU ë hai ®Çu ra cña m¹ch chØnh l­u V× m¹ch ®iÖn ta thiÕt kÕ dïng ®Ó n¹p cho ¾c quy tõ 24 ®Õn 50V nªn tr­íc khi ph¶n håi tíi m¹ch ®iÒu khiÓn ta cÇn gi¶m ¸p . Ta lÊy ë VR3 ®iÖn ¸p ®Ó ®­a vµo m¹ch æn ¸p. Ta chän R12=90K; §Ó cã thÓ thay ®æi ®­îc ®iÖn ¸p n¹p ta chØnh triÕt ¸p VR3 Víi chiÕt ¸p nµy ta cã thÓ thay ®æi ®iÖn ¸p vµo bé khuÕch ®¹i ®¶o ,®Ó thay ®æi ®­îc réng ta chän hÖ sè khuyÕch ®¹i cña bé khuÕch ®¹i ®¶o lµ 2. Chän R20 = R21 = R22 = 10K; R23 = 20K VR3 chän lo¹i 10K -> Udk=-2UphU Thay ®æi vÞ trÝ cña chiÕt ¸p ta thay ®æi ®iÖn ¸p n¹p. - Kh©u chuyÓn m¹ch: Ban ®Çu acqui ®­îc m¾c vµo m¹ch n¹p th× dßng n¹p t¨ng vµ ®iÖn ¸p acqui t¨ng dÇn lªn, tøc lµ dßng ph¶n håi vµ ¸p ph¶n håi t¨ng dÇn lªn. Lóc nµy do ¸p ph¶n håi nhá h¬n UVR1 nªn ®Çu ra cña thÊp, do ®ã chuyÓn m¹ch CM2 ng¾t c¸c ®­êng ph¶n håi ¸p ra khái m¹ch. §ång thêi do cã cæng NO nªn chuyÓn m¹ch CM1 ®ãng ®­êng ph¶n håi dßng víi m¹ch ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh æn ®Þnh dßng. Khi ¸p ph¶n håi UphU b»ng UVR1 th× U3 ®¶o dÊu do ®ã CM2 ®ãng cßn CM1 ng¾t nªn m¹ch thùc hiÖn qu¸ tr×nh æn ¸p. Chän: VR1 =100K. Ta g¾n VR1 vµ VR3 cïng 1 trôc ®iÒu chØnh, khi ®ã ta chØ cÇn vÆn 1 nóm ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p n¹p th× trôc nµy còng chØnh lu«n gi¸ trÞ ®iÖn ¸p chuyÓn m¹ch t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p n¹p. C¸c tµi liÖu tham kh¶o Tµi liÖu T¸c gi¶ §iÖn tö c«ng suÊt Vâ Minh ChÝnh, Ph¹m Quèc H¶i TrÇn Träng Minh §iªn tö c«ng suÊt NguyÔn BÝnh H­íng dÉn thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt Ph¹m Quèc H¶i TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt TrÇn V¨n ThÞnh Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt Ph¹m Quèc H¶i, D­¬ng V¨n Nghi KÜ thuËt m¹ch ®iªn tö Ph¹m Minh Hµ C¸c tµi liÖu vÒ ¨c quy . Hµ Néi , ngµy , th¸ng , n¨m Sinh viªn thùc hiÖn §ç Khoa TuÊn Môc lôc Ch­¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ ¨c quy 3 - 14 Ch­¬ng II : Ph­¬ng ¸n chØnh l­u 15 - 21 Ch­¬ng III : ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc 22 - 28 Ch­¬ng IV : M¹ch ®iÒu khiÓn 29 - 53