Đồ án Thiết kế bộ nguồn cho mạch nạp ắc quy tự động 2 bản thuyết minh

Ch­¬ng I: Giíi thiÖu c«ng nghÖ a)Tæng qu¸t vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña ¾c quy Trong thùc tÕ hiÖn nay ng­êi ta sö dông c¶ hai lo¹i ¾c quy axÝt vµ ¾c quy kiÒm nh­ng th«ng dông nhÊt tõ tr­íc ®Õn nay vÉn lµ ¾c quy axÝt v× so víi ¾c quy kiÒm nã cã søc ®iÖn ®éng cña mçi “ cÆp b¶n” cùc cao h¬n , cã ®iÖn trë trong nhá h¬n mÆc dï ¾c quy kiÒm cã kh¸ nhiÒu ­u ®iÓm vµ cã triÓn väng tèt trong t­¬ng lai . 1.CÊu t¹o cña b×nh ¾c quy axÝt B×nh ¾c quy axÝt gåm vá b×nh cã c¸c ng¨n riªng th­êng lµ ba hoÆc s¸u ng¨n tuú theo lo¹i ¾c quy 6V hay 12V . Trong mçi ng¨n cã ®Æt khèi b¶n cùc gåm ph©n phèi b¶n cùc d­¬ng vµ ph©n phèi b¶n cùc ©m ng¨n c¸ch víi nhau b»ng c¸c tÊm ng¨n . Mçi ng¨n nh­ vËy ®­îc coi lµ mét ¾c quy ®¬n . C¸c ¾c quy ®¬n nèi tiÕp víi nhau b»ng c¸c cÇu nèi vµ t¹o thµnh b×nh ¾c quy . Ng¨n ®Çu vµ ng¨n cuèi cã ®Çu tù do vµ ®­îc lµm theo d¹ng c«n . MÆt trªn cã dÊu ( + ) hoÆc (- ) t¹o thµnh c¸c ®Çu cùc cu¶ ¾c quy . Dung dÞch ®iÖn ph©n ( dung dÞch axÝt sunfuric ) ®­îc ®æ vµo tõng ng¨n theo møc quy ®Þnh . Th­êng ng­êi ta ®Ó ngËp qu¸ c¹nh trªn cu¶ c¸c b¶n cùc kho¶ng 10 – 15 mm . §Ó tr¸nh h­ háng cho c¸c tÊm ng¨n vµ b¶n cùc khi kiÓm møc dung dÞch trong mçi ng¨n ng­êi ta th­êng ®Æt trªn mçi b¶n cùc mét tÊm b¶o vÖ b»ng l­íi clovinhin hoÆc vinhiplat . Trªn cïng cña mçi ng¨n cã n¾p vµ ®Ó ®¶m b¶o ®é kÝn gi÷a n¾p víi thµnh vá b×nh ng­êi ta ®æ mét líp s¸p chÞu axit gåm kho¶ng 75% nhùa ®­êng vµ 25% dÇu m¸y . a)Vá b×nh : Vá b×nh ¾c quy hiÖn nay ®­îc chÕ t¹o b»ng c¸c lo¹i nhùa ªb«nÝt hoÆc axphant«pÐc hoÆc cao su nhùa cøng . So víi nhùa axphant¬pÐc th× ªb«nit cã ®é bÒn h¬n vµ kh¶ n¨ng chÞu axÝt tèt h¬n nhiÒu . §Ó t¨ng ®é bÒn v÷ng vµ kh¶ n¨ng chÞu axit cho b×nh nhùa axphant¬pÐc , khi chÕ taä ng­êi ta Ðp vµo bªn trong b×nh mét líp lãt chÞu axit dµy 0,6 mm b»ng p«luclovinlim . Nhê líp nµy mµ tuæi thä cña vá b×nh t¨ng lªn 2-3 lÇn . §Æc ®iÓm cña vá b×nh lµ phÝa trong chia thµnh c¸c v¸ch ng¨n riªng biÖt b»ng nh÷ng v¸ch ng¨n kÝn vµ ch¾c . ë ®¸y cña mçi ng¨n cã 4 sèng ®ì khèi b¶n cùc t¹o thµnh kho¶ng trèng gi÷a ®¸y b×nh vµ mÆt d­ãi cña khèi b¶n cùc . Nhê vËy mµ tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng chËp m¹ch gi÷a c¸c b¶n cùc do chÊt kÕt tña r¬i xuèng ®¸y b×nh g©y nªn . ë mét sè b×nh ¾c quy cì lín ng­ßi ta cã thÓ l¾p thªm c¸c quai s¾t vµo vá b×nh ®Ó khi di chuyÓn ®­îc dÔ dµng h¬n . b)B¶n cùc , ph©n khèi b¶n cùc vµ khèi b¶n cùc : B¶n cùc gånm cèt h×nh m¾t c¸o , trªn ®ã tr¸t ®Çy chÊt t¸c dông . Cèt ®óc b»ng hîp kim ch× -Stibi ( Sh ) (87-95% +5-13% Sb). Stibi trong hîp kim cã t¸c dông t¨ng ®é cøng v÷ng vµ gi¶m han gØ cho cèt . Hîp kim naú so víi ch× Pb nguyªn chÊt cã hÖ sè næ dµi nhá , nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp h¬n vµ ®Æc tÝnh ®óc tèt h¬n . Cèt ®Ó gi÷a c¸c chÊt t¸c dông vµ ph©n phèi dßng ®iÖn b»ng kh¾p bÒ mÆt b¶n cùc . §iÒu nµy cã ý nghÜa ®Æc biÖt quan träng ®èi víi c¸c b¶n cùc d­¬ng v× ®iÖn trë cña c¸c chÊt t¸c dông ( oxit ch× PbO2 ) lín gÊp 10.000 lÇn ®iÖn trë cña ch× nguyªn chÊt . Do ®ã cµng t¨ng chiÒu dÇy cña cét th× ®iÖn trë trong ¾c quy sÏ cµng nhá . Cèt cã khung bao quanh , cã vÊu ®Ó hµn nèi c¸c b¶n cùc thµnh phÇn ph©n khèi b¶n cùc vµ cã hai ch©n ®Ó tú lªn c¸c sèng ®ì ë ®¸y b×nh ¾c quy . Ch©n cña c¸c b¶n cùc d­¬ng vµ ©m ph¶i ®­îc ph©n bè sao cho ph©n khèi b¶n cùc d­¬ng tú lªn mét ®«i sèng ®ì so le cßn ph©n khèi ph©n cùc ©m tú lªn ®«i sèng ®ì so le kia . Sù ph©n bè nh­ vËy tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng chËp m¹ch qua phÇn sèng ®ì . V× ®iÖn cèt cña b¶n cùc ©m kh«ng ph¶i lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh v¶ l¹i chóng còng Ýt bÞ han gØ nrrn ng­êi ta th­êng lµm máng h¬n b¶n cùc d­¬ng . §Æc biÖt lµ hai tÊm bªn cña ph©n khèi b¶n cùc ©m l¹i cµng máng v× chóng chØ lµm viÖc cã mét phÝa gi¸p víi b¶n cùc d­¬ng . ChÊt t¸c dông ®­îc chÕ t¹o tõ bét ch× , dung dÞch axit sunfuric vµ kho¶ng 3% chÊt næ nh­ muèi cña c¸c axit h÷u c¬ vµ nh÷ng chÊt h÷u c¬ tæng hîp v.v.. ®èi víi b¶n cùc ©m , cßn ®èi víi b¶n cùc d­¬ng th× chÊt t¸c dông ®­îc chÕ t¹o tõ c¸c «xit ch× Pb3O4 , PbO vµ dung dÞch axit sunfñic . ChÊt næ trong b¶n cùc ©m cã t¸c dông t¨ng ®é xèp , gi¶m kh¶ n¨ng co vµ hiÖn t­îng chèng hoµ cøa do b¶n cùc . C¸c b¶n cÇn cã ®é xèp vµ ®é bÒn cao th× ®iÖn dung cña ¾c quy míi lín vµ tuæi thä míi ®¶m b¶o . C¸c b¶n sau khi ®· tr¸t ®Çy chÊt t¸c dông ®­îc Ðp l¹i sÊy kh« vµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh t¹o cùc , tøc lµ chóng ®­îc ng©m vµo dung dÞch axit sunfuric lo·ng vµ n¹p vµo dßng ®iÖn nhá. Sau qóa tr×nh nh­ vËy chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc d­¬ng hoµn toµn trë thµnh PbO2 ( mµu g¹ch sÉm ) . Cßn ë c¸c b¶n cùc ©m thanh Pb ( ch× xèp mµu ghi ®¸ ) . Sau ®ã c¸c b¶n cùc ®­îc ®em röa , sÊy kh« vµ l¾p r¸p . Nh÷ng b¶n cùc cïng lo¹i ( cïng d­¬ng hoÆc cïng ©m ) ®­îc hµn vµo vÊu cùc theo dÊu theo sè l­îng quy ®Þnh vµ t¹o thµnh khèi b¶n cùc , kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khèi b¶n cùc trong ph©n phèi ph¶i ®ñ ®Ó chøa mét b¶n cùc kh¸c lo¹i vµ c¸c tÊm c¸ch ®iÖn – tÊm ng¨n . C¸c khèi b¶n cùc vµ tÊm ng¨n ®­îc l¾p l¹i thµnh khèi b¶n cùc sao cho c¸c b¶n cùc ©m vµ d­¬ng xen kÏ nhau vµ c¸ch ®iÖn cíi nhau b»ng c¸c tÊm ng¨n cã ®éi xèp cao . Trong mçi khèi b¶n cùc sè b¶n cùc ©m , bao giê còng nhiÒu h¬n sè b¶n cùc d­¬ng mét b¶n víi môc ®Ých ®Ó sö dông c¸c b¶n cùc d­¬ng triÖt ®Ó h¬n vµ gi¶m bít cong vªnh cho c¸c b¶n cùc d­¬ng ë hai bªn khi dßng ®iÖn phãng hoÆc n¹p lín . c) TÊm ng¨n : TÊm ng¨n cã t¸c dông chèng chËp m¹ch gi÷a c¸c b¶n cùc d­¬ng vµ ©m ®ång thêi ®Ó ®ì chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc bít bÞ bong r¬i ra khi sö dông ¾c quy . C¸c tÊm ng¨n ph¶i lµ chÊt c¸ch ®iÖn , cã ®é xèp thÝch hîp ®Ó kh«ng ng¨n c¶n dung dÞch ®iÖn ph©n thÊm ®Õn c¸c b¶n cùc . Chóng ph¶i bÒn v÷ng cã ®é dÎo , chÞu axit vµ kh«ng chøa c¸c t¹p chÊt cã haÞ , nhÊt lµ s¾t . C¸c tÊm ng¨n hiÖn nay th­êng ®­îc chÕ t¹o b»ng mipo ( ªb«nit xèp mÞn ) , mipl¸t ( p«liclounnhin xèp mÞn ) , platchipo ( pªclovinhin xèp mÞn ) , p«r«vinhin , pªn«ph¸t hoÆc b«ng thuû tinh ghÐp víi miplat hoÆc gç v.v... CÊu t¹o tÊm ng¨n cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt . C¸c tÊm ng¨n b»ng mipo , mipl¸t , pªn«pl¸t th­êng dÊy 1,5 ¸ 2,4 mm vµ cã mét mÆt ph¼ng h­íng vÒ phÝa b¶n cùc ©m cßn mét mÆt cã h×nh sãng hoÆc cã gå h­íng vÒ phÝa b¶n cùc d­¬ng , t¹o ®iÒu kiÖn 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 . §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 ®Æc biÖt lµ chiÒu cao . §èi víi c¸c tÊm ng¨n kÕt hîp th× líp b«ng thuû tinh th­êng dµy 0,4 ¸0,8 mm ghÐp víi tÊm ng¨n mipl¸t t¹o thµnh tÊm ng¨n hai líp hay th­êng gäi lµ tÊm ng¨n kÐp . Lo¹i nµy t¨ng ®­îc tuæi thä cña ¾c quy nh­ng ®Æc tÝnh sö dông l¹i kÐm ®i kho¶ng 10% . Trong mét vµi tr­êng hîp ng­êi ta cßn sö dông tÊm ng¨n kÐp b»ng gç vµ l­íi nhùa d) N¾p , nót vµ cÇu nèi : N¾p lµm b»ng nhùa ªb«nit (®èi víi b×nh lµm b»ng ªb«nit ) vµ b»ng bakªlit ( ®èi víi b×nh b»ng nhùa axphant«pÐc ) . N¾p cã hai lo¹i : 1-Tõng n¾p riªng cho mçi ng¨n ( n¾p ng¨n ) 2-N¾p chung cho c¶ b×nh ( n¾p b×nh ) . Lo¹i nµy kÕt cÊu phøc t¹p nh­ng ®é kÝn tèt . KÕt cÊu cña lo¹i n¾p ng¨n th«ng dông nhÊt hiÖn nay . C¸c lç bªn ®Ó luån c¸c vÊu cùc cña khèi b¶n cùc ra . Lç cã ren 2 æ gi÷a ®­îc gäi lµ lç ®æ , ®Ó dung dÞch ®iÖn ph©n vµo c¸c ng¨n vµ ®Ó kiÓm tra møc dung dÞch ®iÖn ph©n , nhiÖt ®é vµ nång ®é dung dÞch trong ¾c quy . §Ó ®¶m b¶o kÝn tèt , khi chÕ t¹o ng­êi ta Ðp c¸c lç bªn cña n¾p nh÷ng èng ch× . Khi hµn nèi c¸c ¾c quy ®¬n víi nhau ®Çu vÊu cùc sÏ ch¶y ra vµ g¾n liÒn víi èng ch× nµy vµ cÇu nèi thµnh mét khèi b¶o ®¶m hoµn toµn kÝn ë chç l¾p r¸p . 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 bÞ s¸nh ra ngoµi . ë nót cã lç nhá ®Ó th«ng khÝ tõ trong b×nh ra ngoµi trêi lóc n¹p ¾c quy . N¾p mét sè lo¹i ¾c quy 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 ¾c quy . Trong tr­êng hîp nµy æ nót kh«ng cã lç khÝ n÷a. e)Dung dÞch ®iÖn ph©n Dung dÞch ®iÖn ph©n trong b×nh ¾c quy lµ dung dÞch axit sunfuric ( H2SO4 ) ®­îc pha chÕ tõ axit nguyªn chÊt víi n­íc cÊt theo nång ®é quy ®Þnh tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn khÝ hËu mïa vµ vËt liÖu lµm tÊm ng¨n . Nång ®é cña ¾c quy cã thÓ tõ 1,21g/cm3 ®Õn 1,31g/cm3 . CÇn nhí r»ng : nång ®é qu¸ cao sÏ chãng háng tÊm ng¨n , chãng háng b¶n cùc , dÔ bÞ sunfat ho¸ trong c¸c b¶n cùc nªn tuæi thä vµ ®iÖn dung cña ¾c quy còng gi¶m dÇn ®i rÊt nhanh . Nång ®é qu¸ thÊp th× ®iÖn dung ®Þnh møc vµ thÕ hiÖu cña ¾c quy gi¶m vµ ë nh÷ng n­íc xø l¹nh vµo mïa ®«ng dung dÞch dÔ bÞ ®ãng b¨ng . Nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n lu«n thay ®æi theo møc phãng vµ møc n¹p cña ¾c quy . Ngoµi ra cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dung dÞch . Ng­êi ta th­êng lÊy nhiÖt ®é +15oC lµm mèc ®Ó tiªu chuÈn ho¸ nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n .§Ó x¸c ®Þnh nång ®é ng­êi ta dïng tû träng kÕ . Mçi mét ®é chªnh lÖch so víi mèc +15oC ®Òu cho sai sè 0,0007g/cm3 . Do ®ã khi thÊy nhiÖt ®é cña dung dÞch cao h¬n +15oC th× ph¶i céng thªm sai sè vµo kÕt qu¶ ®äc ®­îc theo tû träng kÕ cßn nÕu thÊy nhiÖt ®é dung dÞch thÊp h¬n +15oC th× ph¶i trõ ®i . *Nh÷ng chó ý khi pha chÕ dung dÞch ®iÖn ph©n cho ¾c quy axit : (+)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× dïng nh­ v©þ sÏ lµm t¨ng c­êng ®é qu¸ tr×nh tù phãng ®iÖn cña ¾c quy . (+)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 vµ c¸c t¹p chÊt v.v.. (+)§Ó ®¶m b¶o an toµn trong khi pha chÕ tuyÖt ®èi kh«ng ®­îc ®Ó n­íc vµo axit ®Æc mµ ph¶i ®æ tõ tõ axit vµo n­íc vµ dïng que thuû tinh khuÊy ®Òu . 2).Qu¸ tr×nh ho¸ häc trong c¸c ¾c quy axit : Trong ¾c quy th­êng x¶y ra hai qu¸ tr×nh ho¸ häc thuËn nghÞch ®Æc tr­ng lµ qu¸ tr×nh n¹p vµ phãng ®iÖn . -Khi n¹p nhê nguån ®iÖn n¹p mµ ë m¹ch ngoµi c¸c ®iÖn tö “e” chuyÓn ®éng tõ c¸c b¶n cùc ©m ®Õn c¸c b¶n cùc d­¬ng - ®ã lµ dßng ®iÖn n¹o In . -Khi phãng ®iªn d­íi t¸c ®éng cña søc ®iÖn ®éng riªng cña ¾c quy c¸c ®iÖn tö sÏ chuyÓn ®éng theo h­íng ng­îc l¹i ( tõ d­¬ng ®Õn ©m vµ t¹o thµnh dßng ®iÖn phãng Ip . -Khi ¾c quy ®· n¹p no , chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc d­¬ng lµ PbO2 cßn ë 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 . C¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc x¶y ra trong ¾c quy cã thÓ viÕt mét c¸ch v¾n t¾t nh­ sau : Trªn b¶n cùc d­¬ng : phãng PbO2 + 3H+ + HSO4- +2e PbSO4 + 2H2O n¹p Trªn b¶n cùc ©m : phãng Pb + HSO4 PbSO4 + 2e + 2H n¹p ë d¹ng tæng qu¸t , cã thÓ ®Æc tr­ng c¸c qóa tr×nh trªn b»ng c¸ch lËp b¶ng : Tr¹ng th¸i cña ¾c quy B¶n cùc d­¬ng Dung dÞch ®iÖn ph©n B¶n cùc ©m §· ®­îc n¹p no §· phãng hÕt ®iÖn PbO2 (oxit ch× ) PbSO4 (Sunphat ch× tinh thÓ nhá) 2H2SO4 (axit sufuric ) 2H2SO4 ( N­íc ) Pb (Ch× xèp nguyªn chÊt ) PbSO4 (Sunfat ch× tinh thÓ nhá ) Nh­ vËy khi phãng ®iÖn axÝt sunfuric bÞ hÊp thô ®Ó t¹o thµnh sunfat cßn n­íc bÞ ph©n ho¸ ra , do ®ã nång ®é cña dung dÞch gi¶m ®i . Khi n¹p ®iÖn th× ng­îc l¹i , nhê hÊp thô n­íc vµ t¸i sinh ra axit sufuric nªn nång ®é cña dung dÞch t¨ng lªn . Sù thay ®æi nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n khi phãng vµ n¹p lµ mét trong nh÷ng dÊu hiÖu ®Ó x¸c ®Þnh møc phãng ®iÖn cña ¾c quy trong sö dông . 3) .C¸c ®Æc tÝnh cña ¾c quy axit Mçi ng¨n cña b×nh ¾c quy lµ mét ¾c quy ®¬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 ¾c quy lµ ®Ó t¨ng thÕ hiÖu cña b×nh ¾c quy ®Õn mét gÝa trÞ ®Þnh møc nµo ®ã nh­ 6V , 12V ch¼ng h¹n . Do ®ã khi nghiªn cøu ®Æc tÝnh cña b×nh ¾c quy ta chØ cÇn kh¶o s¸t mét ¾c quy ®¬n lµ ®ñ . Søc ®iÖn ®éng cña ¾c quy axit Søc ®iÖn ®éng cña ¾c quy axit phô thuéc chñ yÕu vµo ®iÖn thÕ trªn c¸c cùc , tøc lµ phô thuéc vµo ®Æc tÝnh lý ho¸ cña vËt liÖu ®Ó lµm c¸c b¶n cùc vµ c¸c dung dÞch ®iÖn ph©n mµ kh«ng phô thuéc vµo kÝch th­íc cña c¸c b¶n cùc Søc ®iÖn ®éng cßn 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 : Eo = 0,85 + r (V) +)Eo : Søc ®iªn ®éng cña ¾c quy ®¬n . Søc ®iÖn ®éng tÜnh ®o trong tr­êng hîp ¾c quy kh«ng phãng ®iÖn vµ b»ng v«n kÕ ®Æc biÖt . +)r : Nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n kh«ng lÊy theo ®¬n vÞ g/cm3 mµ tÝnh b»ng V quy vÒ +15oC Nh­ vËy , ®èi víi c¸c ¾c quy axit cã nång ®é dung dÞch thay ®æi trong kho¶ng 1,12 ¸ 1,29 g/cm3 ,søc ®iÖn ®éng cña ¾c quy còng t¨ng nh­ng nång ®é cña dung dÞch kh«ng thÓ t¨ng hoÆc gi¶m qu¸ nh­ ®· nãi ë trªn . Thùc tÕ cho thÊy r»ng ¾c quy lµm viÖc kh¸ tèt khi nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n b»ng 1,23 ¸1,29 g/cm3 cßn ë nø¬c ta tèt nhÊt lµ 1,23¸ 1,26 g/cm3 Ngoµi ra , søc ®iÖn ®éng cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n n÷a VD: NhiÖt ®é thay ®æi tõ 20oC ¸- 40oC th× søc ®iÖn ®éng cña ¾c quy ®¬n gi¶m tõ 2,12 V ®Õn 2,096 V . C¸c ®Æc tÝnh phãng vµ n¹p cña ¾c quy +)§Æc tÝnh phãng ®iÖn : §iÓm cuèi cña qu¸ tr×nh phãng A(1,70V) t(h) Ip=5,4 ΔE Eo Eaq Khi phãng b»ng mét dßng ®iÖn Ip kh«ng ®æi th× nång ®é dung dÞch gi¶m theo ®­êng th¼ng v× sè l­îng chÊt t¸c dông tham gia ph¶n øng vµ axit sunfuric ®­îc thay thÕ b»ng n­íc trong mçi gi©y ®Òu b»ng nhau . Nång ®é ban ®Çu gi¶ sö b»ng 1,27 g/cm3 , cßn nång ®é cuèi cïng phô thuéc vµo sè l­îng axit sunfuric tiªu tèn trong thêi gian phãng vµ tr÷ l­îng dung dÞch trong b×nh tøc lµ phô thuéc vµo kÕt cÊu cña b×nh ¾c quy . §­êng ®Æc tÝnh cña søc ®iÖn ®éng tÜnh Eo tÝnh theo Eo = 0,85 + S còng cã d¹ng nh­ S nh­ng nÕu tÝnh gi¸ trÞ thùc tÕ cña søc ®iÖn ®éng Eqq = Hp +Ip Rqq th× søc ®iÖn ®éng Eqq sÏ nhá h¬n søc ®iÖn ®éng Eo mét l­îng b»ng ΔE Raq - §iÖn trë trong cña ¾c quy Ip – C­êng ®é dßng ®iÖn phãng Up – ThÕ ®iÖn cña ¾c quy trong qu¸ tr×nh phãng ΔE – Møc chªnh lÖch søc ®iÖn ®éng trong qu¸ tr×nh phãng hoÆc n¹p Së dÜ cã sù chªnh lÖch gi÷a Eqq vµ Eo lµ v× trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn nång ®é dung dÞch chøa trong chÊt t¸c dông cña b¶n cùc bÞ gi¶m ®i do tèc ®é khuÕch t¸n dung dÞch ®Õn c¸c b¶n cùc chËm , lµm cho nång ®é dung dÞch thùc tÕ ë trong lßng b¶n cùc lu«n thÊp h¬n nång ®é dung dÞch chung trong tõng ng¨n . NÕu m¹ch ngoµi cña ¾c quy hë ( kh«ng phãng ®iÖn ) th× do khuÕch t¸n mµ nång ®é dung dÞch trong chÊt t¸c dông vµ nång ®é dung dÞch chung ë mçi ng¨n sÏ c©n b»ng nhau vµ thÕ hiÖu cña ¾c quy còng sÏ b»ng søc ®iÖn ®éng tÜnh Eo . Søc ®iÖn ®éng thùc tÕ Eqq vµ Up trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn thay ®æi theo quy luËt phøc t¹p . Ta cã thÓ ph©n tÝch kü h¬n qu¸ tr×nh phãng ®iÖn theo ®Æc tÝnh trªn nh­ sau : sau khi ®ãng m¹ch phô t¶i R cho ¾c quy phãng ®iÖn do ph¶n øng ho¸ häc mµ nång ®é chung bÞ gi¶m ®i , x¶y ra sù chªnh lÖch vÒ nång ®é t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc khuÕch t¸n líp dung dÞch míi vµo b¶n cùc , Nång ®é trong c¸c b¶n cùc ngµy cµng gi¶m ®i , th× sù chªnh lÖch nång ®é vµ sè l­îng dung dÞch khuÕch t¸n vµo trong c¸c b¶n cùc ngµy cµng t¨ng . Qu¸ trinh nµy tiÕp tôc cho ®Õn khi cã sù c©n b»ng sè l­îng axit tiªu tèn trong ph¶n øng phãng ®iÖn . ΔE lµ hËu qu¶ cña qu¸ tr×nh ®ã . Qóa tr×nh phãng ®iÖn chØ thùc hiÖn ®Õn ®iÓm A v× sau ®iÓm nµy thÕ hiÖu cña ¾c quy sÏ gi¶m ®i rÊt nhanh .ThÕ hiÖu cña ¾c quy øng víi ®iÓm nµy ®­îc gäi lµ thÕ hiÖu phãng cuèi cïng . Khi thÕ hiÖu ¾c quy gi¶m ®Õn thÕ hiÖu phãng cuèi cïng th× ng­êi ta th× ng­êi ta coi lµ ¾c quy ®· bÞ phãng hÕt ®iÖn . +)§Æc tÝnh n¹p cña ¾c quy ( §Æc tÝnh n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi vµ n¹p mét nÊc ) H×nh trªn miªu t¶ n¹p b»ng dßng ®iÖn kh«ng ®æi . Nång ®é dung dÞch n¹p t¨ng theo quy luËt ®­êng th¼ng tõ 1,11 g/cm3 ®Õn 1,27 g/cm3 ë cuèi qu¸ tr×nh n¹p . ThÕ hiÖu trªn c¸c cùc cña ¾c quy khi n¹p Un vµ Uaq thay ®æi theo quy luËt ng­îc víi khi phãng ®iÖn vµ còng ®­îc gi¶i thÝch b»ng hiÖn t­îng khuÕch t¸n dung dÞch . Khi n¹p ®iÖn , trong lßng c¸c b¶n cùc t¹o thµnh axit sunfuric vµ nång ®é dung dÞch chøa trong c¸c b¶n cùc trë nªn ®Ëm ®Æc h¬n nång ®é dung dÞch chung m do ®ã Eqq khi n¹p lín h¬n Eo mét l­îng b»ng ΔE ,cßn thÕ hiÖu cña ¾c quy khi n¹p b»ng : Un = Eqq + In - Raq ë cuèi qu¸ tr×nh n¹p søc ®iÖn ®éng vµ thÕ hiÖu Un t¨ng lªn kh¸ nhanh cïng víi c¸c bät khÝ ®­îc t¹o thµnh trong ¾c quy . Khi qu¸ tr×nh n¹p kÕt thóc vµ chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc ®· trë l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu th× dßng ®iÖn n¹p In coi nh­ thõa . Nã chØ ®iÖn ph©n n­íc thµnh oxy vµ hy®r« vµ tho¸t ra d­íi d¹ng c¸c bät khÝ . HiÖn t­îng nµy gäi lµ sù s«i cña ¾c quy vµ ®ã lµ dÊu hiÖu cuèi qu¸ tr×nh n¹p . Trong khi ®iÖn ph©n n­íc , c¸c Ion H+ tiÕn tíi c¸c b¶n cùc ©m , chóng bÞ trung hoµ mét Ýt ( tøc lµ liªn kÕt víi c¸c ®iÖn tö trong c¸c b¶n cùc ©m ®Ó thµnh nguyªn tö khÝ hy®r« ) cßn phÇn lín dån lai quanh b¶n cùc ©m vµ t¹o nªn mét ®iÖn thÕ phô kho¶ng 0,33 V . §ã chÝnh lµ nguyªn nh©n g©y nªn sù t¨ng thÕ ë cuèi qu¸ tr×nh n¹p . Sù s«i b¾t ®Çu trong ¾c quy khi hiÖu ®iÖn thÕ ë mçi ¾c quy ®¬n t¨ng tíi 2,4 V råi ngay sau ®ã thÕ hiÖu t¨ng vät vµ ®Õn khi ®· ®¹t gi¸ trÞ tËn cïng 2,70 V th× ngõng t¨ng ( ®iÓm B trªn h×nh trªn ) . §iÓm nµy thùc chÊt ®· lµ ®iÓm cuèi qu¸ tr×nh n¹p vµ cã thÓ kÕt thóc n¹p ë ®©y , nh­ng th­êng ng­êi ta ph¶i tiÕp tôc n¹p kháang 3h n÷a , khi thÊy r»ng suèt trong thêi gian ®ã thÕ hiÖu vµ nång ®é ¾c quy kh«ng thay ®æi th× míi tin ch¾c lµ ¾c quy ®· ®­îc n¹p no . Sau khi ng¾t dßng ®iÖn n¹p ,thÕ hiÖu cña ¾c quy sôt h¼n xuèng b»ng Eaq vµ sau mét kho¶ng thêi gian “nghØ” ( tøc lµ khi ®· c©n b»ng nång ®é dung dÞch vµ ®· tho¸t hÕt bät khÝ ) nã gi¶m tèi ®a søc ®iÖn ®éng tÜnh cho ®Õn gÝa trÞ Eo = 2,11V¸ 1,12 V øng víi ¾c quy ®· ®­îc n¹p no . Nh­ vËy nh÷ng dÊu hiÖu biÓu thÞ mèc cuèi cïng cña qu¸ tr×nh n¹p lµ : ThÕ hiÖu vµ nång ®é dung dÞch cña ¾c quy ngõng t¨ng vµ chóng kh«ng thay ®æi trong 3 giê liÒn . Cã sù s«i m¹nh trong tÊt c¶ c¸c ng¨n . §iÖn l­îng cung cÊp cho ¾c quy khi n¹p Qn tÝnh b»ng Qn=In.tn trong ®ã tn tÝnh ®Õn B . Trong khi ¾c quy lµm viÖc do cã tæn hao vÒ nhiÖt vµ cho qu¸ tr×nh ph¶n øng ho¸ häc kh«ng hoµn l¹i nªn khi n¹p ph¶i cung cÊp cho ¾c quy mét ®iÖn l­îng nhiÒu h¬n l­îng nã cã thÓ s¶n sinh ra khi phãng ®iÖn . Ngoµi ra , do ph¶i tiªu tèn n¨ng l­îng cho viÖc ®iÖn ph©n H2O trong 3 giê nªn khi n¹p ®iÖn l­îng cung cÊp cho ¾c quy cÇn ph¶i lín h¬n ®iÖn dung Q thu ®­îc trong qu¸ tr×nh phãng kho¶ng 10 ¸ 15 % n÷a . 4).C¸c ph­¬ng ph¸p n¹p ®iÖn cho ¾c quy §Ó n¹p ®iÖn cho ¾c quy ng­êi ta sö dông hai ph­¬ng ph¸p c¬ b¶n sau : a) N¹p b»ng dßng ®iÖn kh«ng ®«Ø : Theo c¸ch n¹p nµy dßng ®iÖn n¹p th­êng ®­îc gi÷ ë mét trÞ sè kh«ng ®æi trong suèt thêi gian n¹p ( n¹p mét nÊc ) . Trong tr­êng hîp n¹p v«i cho phÐp n¹p hai nÊc tøc lµ ®­îc thay ®æi c­êng ®é dßng ®iÖn mét lÇn . V× dßng ®iÖn n¹p mµ Eaq trong khi n¹p t¨ng dÇn nªn , nªn muèn gi÷ cho In = const , trong qu¸ tr×nh n¹p ph¶i t¨ng dÇn thÕ hiÖu n¹p Un . §Ó thùc hiÖn ®­îc viÖc nµy nguån ®iÖn n¹p ph¶i cã nhiÒu nÊc ®iÖn thÕ , nÕu kh«ng ph¶i m¾c thªm mét biÕn trë nèi tiÕp víi ¾c quy . NÕu tiÕn hµnh n¹p 2 nÊc th× nÊc thø nhÊt kÕt thóc khi thÕ hiÖu cña mçi ¾c quy ®¬n ®Æt 2,4V ( b¾t ®Çu sñi bät khÝ trong ¾c quy ) sau ®ã chuyÓn sang nÊc thø hai víi c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p gi¶m ®i vµ kÕt qu¸ tr×nh n¹p ë cuèi nÊc nµy . Theo ph­¬ng ph¸p nµy , tÊt c¶ ¾c quy ( kh«ng lÖ thuéc vµo thÕ hiÖu ®Þnh møc ) ®­îc m¾c nèi tiÕp víi nhau vµ chØ cÇn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn : tæng sè c¸c ¾c quy ®¬n trong m¹ch n¹p kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ Ung/2,7 ( Ung lµ thÕ hiÖu cña nguån n¹p hoÆc thiÕt bÞ n¹p ®iÖn ) . Mét ®iÒu kiÖn n÷a còng nªn ®¶m b¶o lµ tÊt c¶ c¸c ¾c quy ph¶i cã ®iÖn dung nh­ nhau nÕu kh«ng sÏ ph¶i chän c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p theo ¾c quy cã ®iÖn dung nhá nhÊt v× vËy ¾c quy cã ®iÖn dung lín sÏ ph¶i n¹p rÊt l©u . V× thÕ hiÖu cña mçi ¾c quy ®¬n lóc b¾t ®Çu n¹p chØ b»ng 2,0 V nªn muèn khö ®iÖn ¸p d­ biÕn trë ph¶i cã ®iÖn trë Naq: tæng sè ¾c quy ®¬n khi nèi tiÕp nhau trong m¹ch n¹p N¹p b»ng dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ ph­¬ng ph¸p n¹p chñ yÕu vµ tæng qu¸t nhÊt , trong ®ã n¹p mét nÊc lµ c¬ b¶n , cßn n¹p hai nÊc chØ ¸p dông khi cÇn rót ng¾n thêi gian n¹p . Ph­¬ng ph¸p nµy cho tuú ý chän c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p cho thÝch hîp víi tõng lo¹i ¾c quy . TÊt c¶ c¸c ¾c quy míi tr­íc khi ®em vµo sö dông nãi chung ®Òu ph¶i tr¶i qua c¸ch n¹p nµy . Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ thêi gian kÐo dµi vµ ph¶i th­êng xuyªn theo dâi , ®iÒu chØnh c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p. b)N¹p b»ng ph­¬ng ph¸p thÕ hiÖu kh«ng ®æi : Trong c¸ch n¹p nµy tÊt c¶ c¸c ¾c quy ®­îc m¾c song song víi nguån ®iÖn n¹p ( m¸y ph¸t ®iÖn , m¸y n¹p riªng ) vµ ®¶m b¶o thÕ hiÖu cña nguån b»ng 2,3 ¸2,5 V trªn c¸c ¾c quy ®¬n . §Ó cã thÕ n¹p mét lóc c¸c ¾c quy 6V vµ 12 V ng­êi ta lËp m¹ng 3 d©y 2x7,0 V hoÆc 2x7,5V . ThÕ hiÖu cña nguån n¹p ph¶i ®­îc gi÷ æn ®Þnh víi ®é chÝnh x¸c ®Õn 3% ®­îc theo dâi b»ng c¸c v«n kÕ . lóc ®Çu sÏ rÊt lín sau ®ã khi Eaq t¨ng dÇn th× In gi¶m ®i kh¸ nhanh . +)¦u: Cã thêi gian n¹p ng¾n , Ýt tèn c«ng => n¹p bæ sung . +)Nh­îc : Kh«ng n¹p no ®­îc , cã h¹i cho tuæi thä cña ¾c quy . B)Tæng quan vÒ UPS UPS (Uniterruptible Power Supply) lµ bé nguån liªn tôc.Víi kü thuËt t­¬ng tù chÊt l­îng ®iÖn chØ bao gåm 2 chØ tiªu quan träng nhÊt lµ ®iÖn ¸p vµ tÇn sè. Vµo cuèi thÕ kû thø 20, ®é tin cËy cung cÊp ®iÖn cña c¸c n­íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn vµo kho¶ng 99.9%. §iÒu nµy qui ra thêi gian mÊt ®iÖn trong 1 n¨m lµ 8h, phæ biÕn d­íi d¹ng mÊt 1 vµi phót. Thêi l­îng mÊt ®iÖn nh­ vËy kh«ng quan träng l¾m víi hÖ thèng chiÕu s¸ng hoÆc hÖ thèng ®iÖn c¬. §èi víi hÖ thèng kü thuËt sè, vÊn ®Ò kh«ng ®¬n gi¶n nh­ vËy.§é tin cËy cung cÊp ®iÖn cña c¸c hÖ thèng cã m¸y tÝnh c«ng nghiÖp cÇn ph¶i t¨ng lªn rÊt nhiÒu v× mÊt ®iÖn dï chØ trong 1 vµi mili gi©y cã nguy c¬ mÊt hÕt th«ng tin hoÆc lµm rèi lo¹n qu¸ tr×nh trao ®æi d÷ liÖu m¸y tÝnh ; yªu cÇu hÖ thèng kü thuËt sè ph¶i khëi ®éng l¹i. Ngµy nay, yªu cÇu ®é tin cËy cung cÊp ®iÖn lªn tíi 10 con sè 9 nghÜa lµ 99.909999999%! C¸c øng dông cña UPS. Ngµy nay UPS ®­îc øng dông rÊt réng r·i nh­ trong y häc c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö y sinh, trong c¸c phßng mæ (scanner, ®iÖn t©m ®å, thËn nh©n t¹o ...). Trong ng©n hµng: m¸y rót tiÒn, thÞ tr­êng trøng kho¸n... Trong ngµnh th«ng tin liªn l¹c( ®iÖn tho¹i, truyÒn h×nh, fax)... §Æc biÖt c¸c hÖ thèng ®o l­êng ®iÒu khiÓn hiÖn ®¹i nh­ c¸c bé logic lËp tr×nh PLC, c¸c bé ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t vµ thu nhËp d÷ liÖu Scada, c¸c m¸y tÝnh c«ng nghiÖp, c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng. S¬ ®å khèi cña UPS. ChØnh l­u/ N¹p NghÞch l­u HTCC 2 HTCC 1 Ac qui T¶i *)C¸c chÕ ®é vËn hµnh cña UPS ViÖc vËn hµnh UPS theo c¸c chÕ ®é kh¸c nhau tuú theo t×nh tr¹ng nguån vµ t¶i.B×nh th­êng t¶i ®­îc cung cÊp tõ hÖ thèng cung cÊp 1(HTCC1); ¸cqui lu«n ®­îc n¹p tõ hÖ thèng cung cÊp 2(HTCC 2). Khi x¶y ra sù cè l­íi cung cÊp, t¶i ®­îc cÊp ®iÖn tõ acqui qua bé nghÞch l­u. S¬ ®å khèi chi tiÕt: ChØnh l­u §KCL §KNL Läc BiÕn ¸p ra NghÞch l­u Ac qui BiÕn ¸p vµo Nguån cho ®kNL §KNL Nguån cho ®kCL 2. NhiÖm vô thiÕt kÕ phÇn chØnh l­u víi tham sè. §iÖn ¸p nguån 220 VAC 10%; f = 50 Hz. C«ng suÊt 15 kVA 1%. §iÖn ¸p ra 220 VAC 1%. Acqui axÝt lo¹i kÝn. +Thêi gian l­u ®iÖn 10 phót. Ch­¬ng II: ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc 1)TÝnh dung l­îng acqui - Víi yªu cÇu c«ng suÊt P = 15kW. Thêi gian liªn ®iÖn lµ 10’=1/ 6 h. ÞChän 18 b×nh acqui 12V( 18*12V ). Gi¶ sö khi phãng ®iÖn ¸p trªn b×nh acqui lµ ®Çy. V× 18 b×nh lµ m¾c nèi tiÕp nªn: Dßng ®iÖn phãng cña acqui: Dung l­îng cña acqui lµ: Trong thùc tÕ kh«ng cho acqui phãng qu¸ møc, nÕu kh«ng nh÷ng h¹t sunph¸t ch× nhá sÏ b¸m vµo chÊt h÷u hiÖu thµnh nh÷ng h¹t kÕt tinh cã néi trë lín, khi n¹p ®iÖn rÊt khã kh«i phôc nh­ cò. Trong tr­êng hîp nµy, ®Ó ®¶m b¶o tuæi thä cho acqui, ph¶i chän t¨ng dung l­îng lín h¬n gÊp 4 lÇn so víi tÝnh to¸n. ÞChän acqui cã dung l­îng 50 Ah. Chän dßng n¹p lµ I=10%A= 5A( trong 10h). §iÖn ¸p ®Æt lªn acqui lóc n¹p no lµ: 2.7*6*18=291.6(V) 2. TÝnh chän van. Víi sè liÖu ban ®Çu P=15 kW. §Ó chän van ph¶i dùa vµo chÕ ®é lµm viÖc nÆng nÒ nhÊt mµ van ph¶i chÞu. *)TÝnh U: Van ph¶i chÞu ®iÖn ¸p nÆng nÒ nhÊt khi n¹p no Dßng ®iÖn trung b×nh lín nhÊt: Thùc tÕ ph¶i chän van chÞu ®­îc hÖ sè qu¸ ¸p k=1.6 vµ hÖ sè qu¸ dßng k=1.2 §iÖn ¸p ng­îc: Dßng ®iÖn van: Chän van cã chÕ ®é lµm m¸t: Van cã ®iÒu kiÖn lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ cã c¸nh t¶n nhiÖt lµ 25%, dïng qu¹t lµ 3035%, t¶n nhiÖt b»ng n­íc lµ 80%, ë ®©y van dÉn dßng kh«ng lín l¾m nªn chän ph­¬ng ph¸p t¶n nhiÖt b»ng c¸nh t¶n nhiÖt cho ®ì phøc t¹p vµ tèn kÐm. Tõ c¸c th«ng sè tÝnh to¸n, chän lo¹i thyristor 50RIF60W20 cã c¸c th«ng sè sau:- §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i: U= 600A. -Dßng ®iÖn lµm viÖc cùc ®¹i: I= 50A. -Dßng ®iÖn ®Ønh cùc ®¹i: . -Dßng ®iÖn xung ®iÒu khiÓn: I=150 mA. -§iÖn ¸p xung ®iÒu khiÓn: U= 3 V. -Dßng ®iÖn rß: I=15 mA. -Dßng ®iÖn tù gi÷: I= 200mA. -Sôt ¸p trªn thyristor ë tr¹ng th¸i dÉn: -§¹o hµm ®iÖn ¸p: -Thêi gian chuyÓn m¹ch : . -NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i: T=125C. 3)B¶o vÖ van a) B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cho van. Aptomat dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc, tñ ®éng lùc, b¶o vÖ khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch thyristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p, ng¾n m¹ch ë chÕ ®é nghÞch l­u. Chän 1 aptomat cã: U=220V Cã 3 tiÕp ®iÓm chÝnh, cã thÓ ®ãng c¾t b»ng tay hoÆc b»ng nam ch©m ®iÖn. ChØ ®inh dßng ng¾n m¹ch Dßng qu¸ t¶i CÇu dao dïng ®Ó t¹o khe hë an toµn khi söa ch÷a hÖ truyÒn ®éng, chän cÇu dao cã dßng ®Þnh møc Dïng d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch c¸c thyristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé nghÞch l­u. Nhãm 1 c©ï ch× : dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 1 cÇu ch× Nhãm 2 c©ï ch× : dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm cÇu ch× Nhãm 3 c©ï ch× : dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 3 cÇu ch× VËy chän cÇu ch¶y nhãm nhãm 1 cÇu ch×: lo¹i 5(A) nhãm 2 cÇu ch×: lo¹i 2(A) nhãm 3 cÇu ch×: lo¹i 6(A) b)B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do qu¸ tr×nh ®ãng c¾t c¸c thyristor ®­îc thùc hiÖn ®­îc b»ng c¸ch m¾c R-C song song víi T. 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 anèt vµ catèt cña thyristor. Khi cã m¹ch R-C m¾c song song víi thyristor t¹o ra vßng phãng ®iÖn trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn thyristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p. 4.)TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh l­u -Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Çu d©y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn. -TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n. 1.C«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p TÝnh cho chÕ ®é lµm viÖc nÆng nÒ nhÊt cña m¸y biÕn ¸p. U=291.6(V) I=5A (W) LÊy hiªu suÊt 2. §iÖn ¸p pha s¬ cÊp MBA: 3. §iÖn ¸p pha thø cÊp MBA Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi t¶i: Trong ®ã: =10 gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn ¸p l­íi. sôt ¸p trªn thyristor. = 0 sôt ¸p trªn d©y nèi. : sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ d©y kh¸ng MBA. Chän s¬ bé: Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i, cã : §iÖn ¸p pha thø cÊp MBA: 4. Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp MBA: 5. Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp MBA 6. TiÕt diÖn s¬ bé trô: K: hÖ sè phô thuéc vµo ph­¬ng thøc lµm m¸t, lÊy K=6. m: sè trô cña biÕn ¸p, m=3. f: tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu, f=50 Hz. Thay sè: 7. §­êng kÝnh trô: ChuÈn ho¸ ®­êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn ( b¶ng 4.2a-Phô lôc s¸ch thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p - Phan Tö Thô) : d = 8 cm. 8. Chän lo¹i thÐp , c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0.5 mm. Chän s¬ bé mËt ®é tõ c¶m trong trô B=1(T). 9. Chän tØ sè m==2.3h=m*d=2.3*8=18.4(cm). (Th«ng th­êng m=22.5) Chän chiÒu cao trô h =19 cm. TÝnh to¸n d©y quÊn: 10. Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: 11. Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p: W= 12. Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p. Víi d©y dÉn b»ng ®ång, m¸y biÕn ¸p kh« chän 13. TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn trßn vµ cã c¸ch ®iÖn.( B¶ng 20 - thiÕt kÕ m¸y ®iÖn-Phan Tö Thô). Chän d©y dÉn ®ång B cã tiÕt diÖn 0.5809(mm); ®­êng kÝnh d=0.86(mm); ®­êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn D=0.95(mm). 14. TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän d©y ®ång cã tiÕt diÖn trßn, c¸ch ®iÖn 2 phÝa 2=0.3 mm. Chän d©y ®ång cã tiÕt diÖn 1.5394 mm; ®­êng kÝnh d=1.4(mm) ®­êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn D =1.9(mm). KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp. Thùc hiÖn d©y quÊn ®ång t©m theo chiÒu däc trô. 15.TÝnh s¬ bé vßng d©y trªn 1 líp cña d©y quÊn s¬ cÊp. k: hÖ sè Ðp chÆt k=0.95. h: chiÒu cao cña trô. hg: kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp. d: ®­êng kÝnh d©y. Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn ®Õn g«ng: hg=1.5 cm. 16. TÝnh s¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp. Chän n= 17. ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp 18. Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dµy S=0.1cm 19. Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp: a=1.0 cm. 20. §­êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn. 21. §­êng kÝnh trong cña cuén d©y s¬ cÊp 22. Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén s¬ cÊp: cd=0.1(mm). 23. BÒ dµy cuén s¬ cÊp 24. §­êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp. 25. §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén d©y s¬ cÊp: 26. ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp. 27.Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ cuén thø cÊp: cd=1.0(cm) KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp. 28. Chän s¬ bé chiÒu cao cét thø cÊp : 29. TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn 1 líp. 30. TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp Chän n=3 líp. 31. ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp 32. §­êng kÝnh trong cña cuén d©y thø cÊp 33. Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén s¬ cÊp: cd=0.1(mm). 34. BÒ dµy cuén s¬ cÊp 35. §­êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp. 36. §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén d©y thø cÊp: 37. ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp. 38. §­êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y. 27.Chän kho¶ng c¸ch gi÷a 2 cuén thø cÊp: a=2.0(cm). TÝnh kÝch th­íc m¹ch tõ 40. Víi d=8 cm tiÕt diÖn trô cã sè bËc lµ 4 (b¶ng 41a-ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn- Phan Tö Thô). C¸c bËc thang ghÐp thµnh trô. 41. Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô. 42. TiÕt diÖn hiªu qu¶ cña trôa: 43. Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô. 44. Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc . BËc 1: n=2*(l¸ thÐp). BËc 2: n=2*(l¸ thÐp). BËc 3: n=2*(l¸ thÐp). BËc 4: n=2*(l¸ thÐp). §Ó ®¬n gi¶n trong chÕ t¹o g«ng tõ, chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch th­íc sau: ChiÒu dµy g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô: b=d=6.8(cm). ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng tËp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô a=7.5(cm). TiÕt diÖn g«ng: . 45. TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng: 46. Sè l¸ thÐp dïng trong 1 g«ng: ( l¸ thÐp ) 47. TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô: 48. MËt ®é tõ c¶m trong g«ng: 49. ChiÒu réng cöa sæ 50. TÝnh kho¶ng c¸c gi÷a 2 t©m trôc 51. ChiÒu réng m¹ch tõ 52. ChiÒu cao m¹ch tõ TÝnh khèi l­îng cña s¾t vµ ®ång 53. ThÓ tÝch cña trô 54. ThÓ tÝch cña g«ng 55. Khèi l­îng cña trô 56. Khèi l­îng cña g«ng 57. Khèi l­îng cña s¾t 58. ThÓ tÝch cña ®ång TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p 60. §iÖn trë trong cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75C trong ®ã 61. §iÖn trë trong cña cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75C trong ®ã 62. §iÖn trë m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp 63. Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p 64. §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp 65. §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp 66. Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p 67. Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p 68. §iÖn ¸p trªn t¶i cã gãc më §ñ dïng khi n¹p no. 69. Tæng trë ng¾n m¹ch qui ®æi vÒ thø cÊp 70. Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p 71. Tæn hao kh«ng t¶i cã kÓ ®Õn 15% tæn hao phô 72. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông 73. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng 74. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m 75. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp 76. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi cùc ®¹i I: ®Ønh xung dßng ®iÖn lín nhÊt cña thyristor 77. KiÓm tra m¸y biÕn ¸p thiÕt kÕ cã ®ñ ®iÖn kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch. Gi¶ sö chuyÓn m¹ch tõ T sang T cã ph­¬ng tr×nh VËy biÕn ¸p sö dông tèt. Ch­¬ng 4 TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn A . ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristor I - Nguyªn lý chung m¹ch ®iÒu khiÓn §Æc ®iÓm Tiristor vÒ mÆt ®iÒu khiÓn · Tiristor chØ më kho¸ khi cã hai ®iÒu kiÖn: §iÖn ¸p (+) ®Æt vµo A §iÖn ¸p (-) ®Æt vµo K Xung ®iÒu khiÓn ®Æt vµo G · Khi Tiristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cã t¸c dông g× n÷a. · §iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu k× d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn A - K cña Tiristor. ·T¹o ra xung ph¶i cã ®ñ ®iÒu kiÖn më Tiristor, ®é réng xung tx <10 ms. BiÓu thøc ®é réng xung: tx = Idt : dßng duy tr× cña Tiristor di/dt : tèc ®é t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i CÊu tróc s¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristor Udk : ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ®iÖn ¸p mét chiÒu Ur : ®iÖn ¸p ®ång bé, ®iÖn ¸p xoay chiÒu hoÆc biÕn thÓ cña nã, ®ång bé víi ®iÖn ¸p A - K cña Tiristor. HiÖu ®iÖn ¸p Udk - Ur ®­îc ®­a vµo kh©u so s¸nh 1 lµm viÖc nh­ mét trig¬. Khi Udk - Ur = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i, ë ®Çu ra cña nã ta nhËn ®­îc 1 chuçi xung sinnus ch÷ nhËt. Kh©u 2: ®a hµi 1 tr¹ng th¸i æn ®Þnh Kh©u 3 : khuÕch ®¹i xung Kh©u 4 : BA xung B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo Udk cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh gãc a. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Trong thùc tÕ th­êng dïng hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn: + Th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh + Th¼ng ®øng arcos ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu k× d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Tiristor. a ) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p : + §iÖn ¸p ®ång bé, kÝ hiÖu lµ Ur cã d¹ng r¨ng c­a, ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn A - K Tiristor + §iÖn ¸p ®k, kÝ hiÖu Udk kµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh biªn ®é. h×nh 4.1 - nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh tæng ®¹i sè cña Udk + Ur ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo 1 kh©u so s¸nh. Nh­ vËy, b»ng c¸ch lµm biÕn ®æi U®k ng­êi ta cã thÓ ®k ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra tøc lµ ®k ®­îc gãc a. Khi U®k = 0 ta cã a = 0 U®k 0 Gi÷a a vµ U®k cã quan hÖ : a = ng­êi ta lÊy U®kmax = Urmax Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arcos Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta còng dïng hai ®iÖn ¸p : + §iÖn ¸p ®ång bé Ur v­ît tr­íc ®iÖn ¸p A - K Tiristor 1 gãc b»ng p/2. NÕu UAK = Asinwt th× Ur = Bcoswt. + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh biªn ®é theo hai h­íng (+) vµ (-). h×nh 4.2 - nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arcos trªn h×nh vÏ ®­êng nÐt ®øt lµ ®iÖn ¸p A - K Tiristor, tõ ®iÖn ¸p nµy ng­êi ta t¹o ra Ur. Tæng ®¹i sè Ur + U®k ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh. Khi Ur + U®k = 0 ta nhËn ®­îc1 xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh U®k + Bcosa = 0 Trong ®ã a = arcos(-U®k/B) Th­êng lÊy B = Udkmax Khi Udk = 0 th× a = p/2 Khi U®k = U®kmax th× a = p Khi U®k - -U®kmax th× a = 0 Nh­ vËy khi cho U®k biÕn thiªn tõ -U®kmax ®Õn +U®k max th× a biÕn thiªn tõ 0 ®Õn p Nguyªn t¾c nµy ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái chÊt l­îng cao. NhËn xÐt: Ta chän m¹ch ®iÒu khiÓn dùa trªn nguyªn t¾c ®k th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh v× ph­¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n h¬n mµ vÉn phï hîp víi yªu cÇu thÕt kÕ. TÝnh BAX Theo phÇn tÝnh to¸n ë m¹ch lùc ta chän van Tiristor lo¹i C149D. Van cã c¸c th«ng sè: Ug = 3 V Ig = 150 mA Gi¶ trÞ nµy lµ gi¸ trÞ dßng vµ ¸p ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän vËt liÖu lµn lâi 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. + TØ sè BAX : th­êng m = 2 ¸ 3 , chän m = 3 + §iÖn ¸p cuén thø cÊp BAX U2 = U®k = 3,0 V + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp BAX : U1 = m.U2 = 3.3 = 9 V + Dßng ®iÖn thø cÊp BAX: I2 = I®k = 0,15 A + Dßng ®iÖn s¬ cÊp BAX: I1 = = = 0,05 A + §é tõ thÈm trung b×nh t­¬ng ®èi cña lâi s¾t: mtb = = = 8.103 trong ®ã : m0 = 1,25.10-6 H/m lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ + ThÓ tÝch cña lâi thÐp cÇn cã: V = Ql = Trong ®ã : mtb : ®é tõ thÈm trung b×nh cña lâi s¾t m0 : ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ tx : chiÒu dµi xung truyÒn qua BAX cã gi¸ trÞ tõ 10 ¸ 600 ms. ë ®©y chän tx = 100 ms Sx : ®é sôt biªn ®é xung lÊy Sx = 0,15 U1 : ®iÖn ¸p s¬ cÊp I1 : dßng ®iÖn s¬ cÊp Thay sè vµo ta ®­îc : V = = 7,5.10-6 m3 Þ chän m¹ch tõ cã thÓ tÝnh V = 1,4 cm2 víi thÓ tÝch ®ã ta cã c¸c kÝch th­íc m¹ch tõ: a = 4,5 mm b = 6 mm d = 12 mm D = 21 mm Q = 0,27 cm2 = 27 mm2 ChiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ : l = 5,2 cm Sè vßng quÊn d©y s¬ cÊp BAX: Theo luËt c¶m øng ®iÖn tõ : U1 = w1Q = ww1Q à w1 = = = 111 vßng Sè vßng d©y thø cÊp : w2 = = = 37 vßng tiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp S1 = Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = 6 A/mm2 à S1 = = 0,0083 mm2 §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : d1 = = = 0,1 mm à chän d©y cã ®­êng kÝnh 0,1 mm TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: S2 = = = 0,0375 mm2 Chän mËt ®é d® J2 = 4 A/mm2 §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d2 = = = 0,218 mm à chän d©y cã ®­êng kÝnh d2 = 0,22 mm KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy: kl® = = = = 0,02 < 1 Nh­ vËy cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt. TÝnh to¸n kh©u K§ cuèi cïng Tr3 : chän transistor c«ng suÊt lo¹i 2SC911 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè: + transistor lo¹i npn, vËt liÖu b¸n dÉn lµ Si + ®iÖn ¸p gi÷a collector vµ baz¬ lµ khi hë m¹ch Emito : UCB0 = 40 V + ®iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch Colecto : UEB0 = 4 V + dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colecto cã thÓ chÞu ®ùng ®­îc : ICmax = 500 mA + c«ng suÊt tiªu t¸n ë Colecto : PC = 1,7 W +NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p +HÖ sè khuyÕch ®¹i b = 50 + Dßng lµm viÖc cña colector +Dßng lµm viÖc cña bazo Ta thÊy r»ng víi lo¹i Tiristo ®· chän cã c«ng suÊt ®iÒu khiÓn kh¸ bÐ U®k = 3 V ; I®k = 0.15 A nªn dïng dßng colecto – bazo cña Tranzito kh¸ bÐ, trong tr­êng hîp nµy ta chØ cÇn dïng 1 tranzito mµ vÉn ®ñ c«ng suÊt ®iÒu khiÓn Tranzito + Chän nguån cung cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung : E = + 12 V. Víi nguån 12V ta ph¶i m¾c thªm ®iÖn trë R nèi tiÕp víi cùc Emito cña . +TÊt c¶ c¸c §iot trong m¹ch ®iÒu khiÓn dïng lo¹i 1N4009 cã c¸c tham sè : Dßng ®iÖn ®Þnh møc : I®m = 10 (mA) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : UN = 25 (V) §iÖn ¸p ®Ó cho Diot më th«ng : Um =1(V)