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

Lời nói đầu Nước ta hiện nay đang trên con đường Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa. Bởi vậy tự động hóa đang phát triển mạnh trong những năm gần đây.Tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ ngách, vào trong tất cả các quá trình tạo ra sản phẩm. Ngày nay hầu như tất cả các máy móc thiết bị trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng đều phải sử dụng điện năng , có thể là dùng hoàn toàn nguồn năng lượng điện năng hoặc một phần năng lượng điện năng kết hợp với năng lượng khác. Trên thực tế có những lúc rất cần năng lượng điện mà ta không thể lấy năng lượng điện từ lưới điện được. Do đó ta phải lấy các nguồn điện dự trữ như Ăc quy. Như vậy để có thể sử dụng được các nguồn ăcquy ta phải nạp điện cho ăcquy. Bởi đó bộ chỉnh lưu nạp ăcquy tự động được sử dụng rộng rãi trong nhiều trường hợp cụ thể là rất quan trọng , nếu thiếu nó sẽ không có nguồn điện vận hành , dự trữ cho các máy móc thiết bị mà có thể không đáp ứng được chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

doc55 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2247 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài 8: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ổn dòng và ổn áp, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết kế bộ nạp ăc quy tự động.doc