BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
ĐỀ T À I: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ NGUỒN NẠP
ẮC QUY TỰ ĐỘNG CHO 10 ẮC QUY 12V DUNG
LƯỢNG 60Ah
GVHD : LƯU ĐỨC DŨNG
1
MỤC LỤC
ĐỀ TÀI 1
LỜI GIỚI THIỆU 4
Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY 5
1 Cấu tạo ắc quy chì-axit……………………………………………………………3
2 Yêu cầu cho việc nạp ắc quy…………………………………………………… 7
 Ắc quy………………………………………………………………………… 7
 Qúa trình biến đổi năng lượng trong ắc quy axit……………………………… 7
2.3 Các đặc tính của ắc quy……………………………………………………… 8
3. Các phương pháp nạp ắc quy tự động………………………………………… 12
3.1 Nạp bằng điện dòng điện không đổi……………………………………
… 12
3.2Nạp bằng điện áp không đổi……………………………………………………13
3.3Nạp bằng dòng áp………………………………………………………….… 13
Chương II : PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU……………………………………….… 16
1. Lựa chọn bộ biến đổi ………………………………………………………… 16
2. Phân tích sơ đồ chỉnh lưu……………………………………………… 17
2.1Chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha đối xứng………… …………………… 17
2.1Chỉnh lưu có điều khiển cầu 1 pha không đối xứng…………………… … 20
Chương III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC………………… ……………24
I. Chọn sơ đồ thiết kế…………………………………………27
II. Tớnh toỏn chọn van lực………………………………… 29
III. Tớnh toỏn bảo vệ quỏ ỏp………………………………. .29

động hoá làm giảm nhẹ sức lao động chân tay của con người làm cho tự động nó trở
thành đặc trưng của nền sản xuất công nghiệp hiện đại.
Trong công nghiệp ngoài ra các mạch điều khiển người ta thường dùng kĩ thuật số với
phần mềm đơn giản,linh hoạt và dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc các luật điều
khiển.Nó làm tăng tốc độ tác động nhanh và có độ chính xác cao cho hệ thống.Như
vậy nó làm chuẩn hoá các hệ thống truyền động điện và các bộ điều khiển tự động hiện
đại và có những đặc tính làm việc khác nhau.Trong những ứng dụng đó thì việc áp
dụng vào mạch map ắc quy tự động đang được sử dụng rộng rãi và có những đặc tính
ưu việt.Bởi ắc quy là nguồn cấp điện một chiều cho các thiết bị trong công nghiệp
cũng như trong đời sống hàng ngày cung cấp điện cho các nơi chưa có nguồn điện lưới
để phục vụ cho chiếu sáng,ti vi,thông tin liên lạc…điều khiển đo lường ,cung cấp cho
các thiết bị giàn khoan ngoài biển.Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạo mạch nạp ắc
quy là hết sức cần thiết,nó ảnh hưởng rất lớn tới dung lượng và độ bền của ắc quy.
Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung của đồ án tốt nghiệp.Thiết kế và chế tạo
bộ nguồn nạp ắc quy tự động do thầy giáo Lưu Đức Dũng giảng viên trường Đại Học
Bách Khoa hướng dẫn.Mặc dù trong thời gian qua em đã cố gắng tìm hiểu thực
tế,nghiên cứu tài liệu để thực hiện đồ án nhưng không thể tránh khỏi những sai sót ,
em mong tiếp tục nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các quý thầy cô.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Lưu Đức Dũng
người đã trực tiếp hướng dẫn và toàn bộ các thầy trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp
công nghiệp Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội , đã giúp đỡ và dạy bảo
em trong những năm qua.
4
+
-

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY
Ắc quy là nguồn cung cấp năng lượng điện một chiều cho các thiết bị trong công
nghiệp và dân dụng. Có nhiều loại ắcquy như:

,+
-"
-
%+
"
%+
&.
- Vỏ bình:
Vỏ bình được làm bằng các loại nhựa như: ebônit, axphađơpec, cao su cứng…chúng
có khả năng chịu axit, và có độ bền vững cao.
- Bản cực:
6
- Cấu tạo của một bản cực trong ắcquy gồm có phần khung xương và chất tác dụng
chát nên nó.
+ Khung xương của bản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau. Chúng được đúc
bằng hợp kim chì và Stibi (Sb) và được tạo hình dạng mặt lưới.
+ Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, dung dịch axit sunfuric và khoảng 3% chất nở
như muối của các axit hữu cơ đối với bản cực âm; còn đối với bản dương thì chất tác
dụng được chế tạo từ các oxit chì Pb
3
O
4
, PbO và dung dịch axit sunfuric, chất nở trong
bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, giảm khả năng cò và hiện tượng chóng hoà cứng
cho các bản cực, làm tăng điện dung cho acquy.
Các bản cực sau khi đã trát đầy chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá
trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp bằng
dòng điện nhỏ. Sau quá trình như vậy, chất tác dụng ở các bản cực dương sẽ trở thành
PbO
2

Khi ắcquy đã được nạp no chất tác dụng ở các bản cực dương PbO
2
, còn ở các bản cực
âm là chì xốp Pb. Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bản cực đều trở thành
sunfat chì PbSO
4
.
- Quá trình hoá học xảy ra trong acquy axit có thể viết như sau:
+ Trên bản cực dương:
PbO
2
+ 3H + (HSO
4
)
-
+ 2e  PbSO
4
+ 2H
2
O
+ Trên bản cực âm:
Pb + H
2
SO
4
 PbSO
4
+ 2e + 2H
b/ Quá trình phóng:
Khi phóng, điện axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfurat, còn nước thì bị phân

+ I
P
.r
aq
Trong đó: E
p
: sức điện động của acquy phóng điện (v)
I
P
: dòng điện phóng (A)
U
p
: điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (v)
8
/
0
r
aq
: điện trở của acquy khi phóng điện (v)
- Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng
của acquy cho phụ tải, và được tính theo công thức:
C
P
= I
P
.t
P
Trong đó: C
P
: dung lượng thu được trong quá trình phóng điện. (A.h).

sau này, thời điểm t
gh
gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắcquy, các giá trị E
P
, U
P
,
P tại t
gh
gọi là các giá trị tới hạn phóng điện cho acquy.
-Nếu ngắt mạch vào thời điểm t
gh
thì hiệu điện thế U
P
sẽ tăng vọt lên bằng sức điện
động của acquy. Còn sau đó, nhờ khuyếch tán mà nồng độ dung dịch cân bằng dần,
sức điện động ắcquy sẽ tăng dần tới E
0
và bằng 1,96
v
đối với ắcquy được coi là phóng
hết điện. Đoạn cuối của đường cong E
aq
ứng với khoảng nghi của ắcquy hay thời gian
phục hồi của ắcquy, thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của
acquy ( dòng điện phóng và thời gian phóng.)
∗ Trong quá trình nạp điện của ắcquy thì SĐĐ được tính theo công thức:
E
n
= U

- Đặc tính nạp của ắcquy là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức điện động,
điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng nạp điện
không thay đổi (I
n
= const).
10


12


34
5
6
6 6

7
7
6
89
3
28:
;<08
<=

<>
;
-?7@(<=
<0$
0

ứng với chế độ 10 giờ phóng.
3/ Các phuơng pháp nạp ắc quy tự động:
Các phương pháp nạp ắc quy tự động.
Có ba phương pháp nạp ắc quy là:
+ Phương pháp dòng điện.
+ Phương pháp điện áp.
+ Phương pháp dòng áp.
3.1 / Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi.
Nạp ắc quy với dòng điện không đổi
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc quy,
bảo đảm cho ắc quy được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng
sửa chữa để nạp điện cho ắc quy hoặc nạp sử chữa cho các ắc quy bị Sunfat hoá. Với
phương pháp này ắc quy được mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện :
Un ≥ 2,7.Naq
12
F
FF
G
G
Trong đó:
Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp
không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở được
xác định theo công thức :
n
aqn
I
N0,2U
R

n
I
giảm đi
khá nhanh.

Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian ngắn dòng điện nạp tự động
giảm dần theo thời gian .Tuy nhiên dùng phương pháp này ắc quy không được nạp no,
vì vậy phương pháp nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho ắc
quy trong quá trình sử dụng.
- Để khắc phục những nhược điểm và tận dụng được hầu hết các ưu điểm của các
phương pháp nạp trên ta kết hợp 2 phương pháp nạp lại thành phương pháp nạp dòng -
áp.
3.3/Phương pháp nạp dòng áp:

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những ưu
điểm của mỗi phương pháp.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc quy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá
trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta
chọn phương án nạp ắc qui là phương pháp dòng áp.
13
Đối với ắc quy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoản
thời gian tn = 16h tương ứng với 75 ÷ 80 % dung lượng ắc quy ta nạp với dòng điện
không đổi là In = 0,1C
20
. Vì theo đặc tính nạp của ắc quy trong đoạn nạp chính thì khi
dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng
đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 16h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang
nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 20h thì ắc quy bắt đầu no, ta nạp bổ xung
thêm 2 ÷ 3h.
Đối với ắc quy kiềm : Trình tự nạp cũng giống như ắc quy axit nhưng do khả năng quá

.
* Từ các phân tích ở trên ta tính toán dòng nạp và điện áp nạp theo yêu cầu đầu bài
chúng ta tiến hành nạp ắc quy với dòng điện không đổi.
+ Dòng điện nạp In = 0,1x60 = 6A
Từ yêu cầu của đề tài chúng ta có: số lượng ắc quy là 10 chiếc. Do vậy chúng ta có thể
có 3 cách mắc để nạp điện cho ắc quy:
+ Mắc 10 ắc quy nối tiếp với nhau.
Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60=6 A
Điện áp nạp lại rất lớn Un=10x16,2=162 V
+ Mắc 10 ắc quy song song với nhau:
Dòng điện nạp nhỏ In=0,1x60x10=60 A
14
Điện áp nạp nhỏ Un=16,2 V
+ Mắc hỗn hợp 10 ắc quy thành 2 dãy song song, mỗi dãy có 5 ắc qui nối tiếp
với nhau
Dòng điện nạp In=0,1x60x2=12 A
Điện áp nạp Un=16,2x5=81 V
Nhận xét:
Như vậy chúng nếu chúng ta dùng cách mắc 10 ắc qui nối tiếp với nhau thì dòng điện
nạp trong quá trình ổn dòng nhỏ In=6A còn điện áp nạp khi nạp ở chế độ ổn áp sẽ rất
lớn Un=162 V.Phương pháp này không thoả mãn yêu cầu của công nghệ vì điện áp
nạp lớn. Còn với cách mắc 10 ắc quy thành 10 chiếc song song với nhau thì dòng điện
nạp rất lớn (In= 60A) còn điện áp nạp nhỏ( Un=16,2V). Phương pháp này thoả mãn
yêu cầu của công nghệ nhưng do dòng điện quá lớn nên chúng ta phải chọn van chịu
được công sất lớn, do vậy sẽ không đạt được về vấn đề kinh tế.Từ đó chúng ta thấy :
Phương pháp tối ưu nhất vừa đáp ứng được yêu cầu của công nghệ vừa đạt được hiệu
quả kinh tế là phương pháp mắc hỗn hợp.
15
CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯA

nap
≥ 2,7 . 6 = 16,2 v
U
n
: điện áp nạp.
N
aq
: số ngăn acquy đơn.
 Ta có 2 cách nạp cho acquy:
Cách 1: Mắc liền 10 bình acquy nối tiếp nhau.
U
d
= 16,2 . 10 = 162 v  điện áp quá lớn.
I
d
= 6A  dòng điện quá nhỏ.
Cách này không khả thi do dòng nạp quá thấp mà điện áp nạp quá lớn.
Cách 2: ta mắc hỗn hợp nối tiếp và song song các bình acquy với nhau, chia làm 2 cặp
mắc song song với nhau, mỗi cặp gồm 5 bình mắc nối tiếp nhau.
Cách mắc hỗn hợp các bình ắc quy

Do đó U
dmax
= 16,2 .5 =81 V
I
dmax
= 6 .2 =12A
→ công suất của mạch : P = U .I = 81 . 12 =972 (w) = 0.972 (Kw)
Vì theo đầu bài là thiết kế mạch nguồn nạp ắc quy tự động ,tức là khi ắc quy đói thì
phải tự động nạp đầy cho ắc quy, còn khi ắc quy no thì sẽ tự động ngắt.Tất cả điều này

là nhóm đấu katot chung
+ T
3
,T
4
là nhóm đấu anôt chung
 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Trong nửa chu kỳ đầu ,khi U2 >E điện áp anot của tiristo T1 dương,lúc đó
catot của T2 âm,nếu có xung điều khiển cả 2 van T1 , T2 đồng thời thì các van này sẽ
được mở thông để đặt điện áp lưới lên tải T1 , T2 sẽ dẫn đến khi U2 <E.
Trong nửa chu kỳ sau,khi U2 <E điện áp anot của tiristo T3 dương,lúc đó catot
của T4 âm nếu có xung điều khiển cả hai van T3 ,T4 đồng thời thì các van này sẽ mở
thong để đặt điện áp lưới lên tải.
- Giá trị trung bình của điện áp tải :

2
2 2
d
U
U
π
=
cos ỏ=0.9
2
U
- Dòng trung bình qua tiristo :

2
d
tb

t
t
t
2
II
II
0
Ud
U
2
i
i
i
d
i
T1,3
T2,4
2
II
2
* Khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn
19
-Hiện tượng trùng dẫn là hiện tượng có 2 hay nhiều van trong cùng một nhóm dẫn điện
- Hiện tượng trùng dẫn xảy ra do ảnh hưởng của điện kháng anot X
a
.
t
T3
d
i

,điện áp chỉnh lưu
U
d
=U
2
. Trong khoảng 0
÷
t
3
, do L
d
=
∞
dòng vẫn duy chì qua T
1
và T
2
do năng lượng
tích trữ trong điện cảm L
d
, khi đó U
d
=U
2
< 0 .
+ Tại thời điểm t = t
3
, đưa xung điều khiển mở T
3
,T

22
2
Π
U
+Khi có trùng dẫn :
U
U
UUUUU
dddddod
∆−
Π
=∆−=∆−=
αα
cos
22
cos.
2
trong đó : ÄU
d
=
Π
IX
da
2
2.2: Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
$ Sơ đồ nguyên lý
20
U
U
R

Điện áp trung bình đặt lên tải :
(1 cos )
2
do
d
U
U
+ α
=
Với
2
0.9
do
U U=
c.Dạng điện áp:
21
t
t
t
t
Id
2
II
II
0
0
0
0
0
t

KL: Với những ưu điểm của các mạch chỉnh lưu và các nhận xét trên ta đi đến
chọn phương án chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng .Sơ đồ này đáp ứng
đầy đủ yêu cầu kỹ thuật về điện áp chỉnh lưu , bên cạnh đó chi phí giá thành cho việc
lựa chọn thiết bị lại rẻ hơn. Hệ số cosỏ của sơ đồ không đối xứng cao hơn sơ đồ đối
xứng.
23
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC
Chọn dòng nạp là I
n
=10%=6A(trong 10h)
Chọn phương án mắc 10 bình thành 2 nhánh song song nhau mỗi nhánh gồm 5 bình
nối tiếp nhau vậy:
điện áp nạp: U
đm
= 2,7*6*5=81 V (1bình 12v gồm 6 ngăn)
dòng điện nạp: I
đm
=10%60.2= 12 A
Để lựa chọn mạch chỉnh lưu chi tiết cần biết khá nhiều yêu cầu kĩ thuật và các chi tiết
cụ thể.Tuy nhiên những yêu cầu này thường khó nắm bắt được đầy đủ,vì vậy khi thiết
kế chỉ cần dựa vào một số yêu cầu tốt thiểu để đưa ra một vài phương án mạch lực đủ
cho thiết kế sơ bộ ban đầu.sau đó tiến hành thiết kế các chi tiết khác. Vậy ta chọn
phương án chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển.
Các yêu cầu tối thiểu:
Điện áp ra tải định mức :U
dđm
=81 V
Dòng điện định mức : I
đm

Sơ đồ nguyên lý mạch nạp và đồ thị của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều ứng với
các góc mở ỏ
25