ỏn tt nghip Thit k b np cqui t ng
Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là do em tự thiết kế dới sự hớng dẫn
của TS .Võ Minh Chính. Các số liệu và kết quả trong đề tài là hoàn toàn trung
thực.
Để hoàn thành bản đồ án này, em sử dụng những tài liệu tham khảo đã đợc
ghi ở cuối đồ án, không sử dụng tài liệu nào khác mà không đợc liệt kê ở phần
tài liệu tham khảo cuối đồ án.
N TT NGHIP
Nhim v thit k:
Thit k b np ỏc quy t ng vi cỏc thụng s sau:
+ in ỏp ngun (VAC): 3 x 220 ( 10%).
+ Tn s in ỏp : 50 Hz
+ Dung lng np : 40 Ah
+ S lng acqui : 100
Sinh viờn: Nguyn Vn Bỡnh
1
Lp: TH2_CK49
Sinh viờn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
LỜI MỞ ĐẦU
Trong đà phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều thành tựu mới đã được áp
dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp, đáp ứng đầy đủ mọi nhu
cầu sử dụng của con người. Cùng với sự phát triển đó Điện_ Tự động hoá đóng
một vai trò hết sức quan trọng. Đặc biệt với Điện tử công suất là một chuyên
ngành của kỹ thuật điện tử nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công
suất trong các sơ đồ biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các tham
số không thay đổi được thành nguồn năng lượng điện với các tham số có thể
thay đổi được cung cấp cho phụ tải điện.
Bộ chỉnh lưu nạp acquy 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 các nguồn năng lượng điện khác không thể

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUI
I.Giới thiệu chung về acqui………………….
……………………………… 6
I.1. Cấu tạo của bình acqui axit………………………………………….
…… 6
I.1.1. Vỏ bình………………………………………….
……………………….6
I.1.2. Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực……………………………
7
I.1.3.Tấm ngăn…………………………………………….……….
………… 8
I.1.4. Dung dịch điện phân…………………………
……………………… 8
I.1.5. Nắp, nút và cầu
nối… 9
I.2. Quá trình biến đổi hoá học trong acqui axit.………………………………
9
I.3. Các đặc tính của acqui axit……………………….…………………
….10
I.3.1. Sức điện động của acqui axit…………………………………… ……
10
I.3.2. Dung lượng của acqui axit………………………………………… …
11
I.3.3. Đặc tính phóng của acqui axit……………………………
………… 11
I.3.4. Đặc tính nạp của acqui axit………….……………………… ……….12
II. Các phương pháp nạp điện cho acqui………………………………….
….14
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình

…………………………………… 22
II.2.3. Nhận
xét……………………………………………………………….22
II.3. Chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha không đối xứng………………………
23
II.3.1. Sơ đồ nguyên
lí……………………………………………………… 23
II.3.2. Dạng điện áp……………………….…… ………………………… 24
II.3.3. Nguyên lí hoạt động………………….
……………………………… 25
II.3.4. Nhận
xét……………………………………………………………….26
II.4. Kết luận…………………………….……………………………………
26
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
4
Lớp: TĐH2_CĐK49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC
I. Sơ đồ mạch lực…………………….
……………………………………….27
II. Tính toán mạch lực………….
…………………………………………… 28
II.1. Tính chọn van………………………….
……………………………… 28
II.2. Tính toán mạch bảo vệ quá điện
áp…………………………………… 30
II.3. Tính toán máy biến
áp………………………………………………… 31

II.6.3. Khâu chuyển mạch nạp…………….
……………………………… 43
II.7. Bộ điều khiển……………………………………………………………
43
II.8. Khâu tạo xung
chùm…………………………………………………….44
II.9. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung…………………………………
45
II.10. Khâu nguồn nuôi mạch điều khiển…………… …………………… 49
II.11. Các linh kiện điện tử sử dụng trong
mạch…………………………… 52
II.12. Mạch điều khiển…………………….……
………………………….54
II.12.1. Sơ đồ mạch điều khiển………………….……………………………
54
II.12.2. Dạng điện áp…………………………………………………………
55
II.12.3. Nguyên lí hoạt động………….………………………………………
55
PHỤ LỤC
MÔ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH………….………………………………57
KẾT LUẬN……………………………………………………
………… 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………70
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUI

I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACQUI.
Acqui là nguồn hoá hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khác nhau,
nó cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng

Phía trong vỏ bình tuỳ theo
điện áp danh định của acqui
mà chia thành các ngăn riêng
biệt và các vách ngăn này
được ngăn cách bởi các ngăn
kín và chắc.
Mỗi ngăn được gọi là một
ngăn acqui đơn.
Trên mỗi ngăn ắc qui có các nắp làm kín, có nút để kiểm tra và bổ xung dung
dịch điện phân. Trên nút có lỗ thông hơi, tránh cho áp suất trong ngăn ắc qui bị
tăng quá cao trong quá trình thực hiện phản ứng hoá học. Cầu nối bằng chì để
nối tiếp các ngăn của bình ắc qui.
Đáy vỏ bình có làm các gân, một mặt làm tăng độ cứng cho vỏ, mặt khác để
đỡ các phân khối bản cực tránh hiện tượng chập mạch bên trong ắc qui do các
chất tác dụng rơi xuống đáy bình trong quá trình sử dụng.
Bên ngoài vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có
thể được gắn các quai xách để việc di chuyển được dễ dàng hơn.
I.1.2. Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực:
Phân khối bản cực gồm

có: phân khối bản cực dương v

à phân khối bản cực
âm. Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau. Cấu tạo của
một bản cực trong ắc qui gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó.
Khung xương của bản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc
từ chì có pha thêm 5÷ 8% antimon (Sb) và tạo hình dạng mặt lưới. Phụ gia Sb
thêm vào chì sẽ làm tăng thêm độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành
phần của chất tác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ ) để
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình

I.1.3.Tấm ngăn:
Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện nhau bởi các
tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn được làm rộng hơn so
với các bản cực.
Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cựa bản âm và
dương, đồng thời để đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng acqui.
Các tấm
ngăn ở đây phải là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích
hợp để không ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản cực.
Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, mịn, dày
khoảng từ 0,8÷1,2 mm và có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn
một mặt có hình sóng hoặc gồ hướng về phía bản cực dương nhằm tạo điều kiện
cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung
dịch lưu thông tốt hơn.
I.1.4. Dung dịch điện phân:
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
8
Lớp: TĐH2_CĐK49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
Dung dịch điện phân trong bình acqui là loại dung dịch axit sunfric (H
2
SO
4
)
được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ qui định tuỳ thuộc
vào điều kiện khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn. Nồng độ dụng dịch axit
sunfric γ = (1,1 ÷ 1,3) g/ cm3 . Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn
đến sức điện động của acqui.
Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân với
các nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không

Acqui là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới
dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng.Quá trình ắc-qui
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
9
Lớp: TĐH2_CĐK49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
cung cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình nạp điện.Phản ứng hoá học biểu
diễn quá trình chuyển hoá năng lượng của ắc qui có dạng:
PbO
2
+2SO
4
H
2
(H
2
O) + Pb SO
4
Pb + 4H
2
O + SO
4
Pb

B/cực dương D/d điện phân B/cực âm
B/cực dương D/d điện phân B/cực âm
Trạng thái ắcqui Bản cực dương Dương dịch điện
phân
Bản cực âm
Nạp no

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
E
0
= 0,85 + γ (V)
Trong đó:
E
0
- Sức điện động tĩnh của ắc qui đơn, tính bằng vôn.
γ - Nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ 15oC, g/cm3 (V)
Trong quá trình phóng điện, sức điện động của ắc qui được tính theo được
công thức:
E
p
= U
p
+ I
p
.r
aq

Trong đó:
E
p
- Sức điện động của ắc qui phóng điện.
I
p
- Dòng điện phóng.
U
p
- Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện.

.t
p
(A.h)
Trong đó:
C
p
- Dung lượng thu được trong quá trình phóng điện, A.h
I
p
- Dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện t
p
Dung lượng nạp của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng
của ắc qui và được tính theo công thức:
C
n
= I
n
.t
n
(A.h)
Trong đó:
C
n
: Dung lượng thu được trong quá trình nạp điện, A.h
I
n
: Dong điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện t
n
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
11

giỏ tr Ep,Up, ti tgh gi l cỏc giỏ tr gii hn phúng in cho pho phộp ca
acqui.
Sau khi ó ngt mch phúng mt khong thi gian, cỏc giỏ tr sc in ng,
in ỏp ca acqui, nng ca dung dch in phõn li tng lờn, ta gi ú l thi
gian hi phc hay khong ngh ca acqui, thi gian phc hi ny ph thuc vo
ch phúng in ca cqui (dũng in phúng v thi gian phúng ).
Sinh viờn: Nguyn Vn Bỡnh
12
Lp: TH2_CK49
Vùng phóng điện cho phép
1
0,5
5
10
1,75
1,95
2,11
I (A)
E , U(V)
20
2
1.5
16
t(h)
E
U
Khoảng nghỉ
C
p
= I

13
Lớp: TĐH2_CĐK49
Kho¶ng
nghØ
1,95V
Vïng n¹p chÝnh
5
10
0 10
1
t
s
(2÷3) h
Vïng
n¹p no
t,h
I (A
)
U,E (V)
2
B¾t ®Çu s«i 2,4V
2,1V
Eaq
Eo
2,7V
2,4V
Un
C
n
= I

n
≥ 2,7 N
aq
.
Trong đó:
Un : Điện áp nạp (V).
Naq: Số ngăn acquy đơn mắc trong mạch nạp.Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
14
Lớp: TĐH2_CĐK49
V
V
D
A
+
-
D
A
+
-
R
R
+
+
-
-
A
U

Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
15
Lớp: TĐH2_CĐK49

Un

A V
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
Hình I.5. Nạp với điện áp không đổi
Hiệu điện thế của nguồn nạp phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3%
và được theo dõi bằng vônkế.
Dòng nạp:
aq
aqn
n
R
EU
I
−
=
lúc đầu là rất lớn sau đó khi Eaq tăng dần lên thì In
giảm đi khá nhanh.
Phương pháp nạp với điện áp nạp không thay đổi có thời gian nạp ngắn, dòng
điện nạp tự động giảm dần theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp này
acquy không nạp được no, vì vậy phương pháp nạp với điện áp không đổi chỉ là
phương pháp nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử dụng.
Để khắc phục nhược điểm và tận dụng được hết những ưu điểm của các
phương pháp trên, ta kết hợp hai phương pháp nạp lại thành phương pháp dòng
– áp.
Đây cũng là phương pháp nạp mà chúng ta chọn để thiết kế mạch điều khiển

phải chuyển chế độ nạp acqui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được giữ cho đến
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
16
Lớp: TĐH2_CĐK49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
khi acqui đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của acqui bằng với điện áp
nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp.
Do vậy đối với acquy axit ta nạp với các dòng điện nạp:
+ Dòng nạp ổn định I
n
= 10% C
20
.

+ Dòng nạp cưỡng bức I
n
= (0.3÷0.5)C
20
.

Từ các phân tích ở trên:
- Ta tiến hành nạp acqui với dòng điện nạp không đổi:
I
n
= 0,1x40 = 4 A
- Để đáp ứng yêu cầu của công nghệ cũng như hiệu quả kinh tế ta chọn
phương pháp nạp acqui hỗn hợp dòng áp.
- Với số lượng acquy là 100 chiếc, ta nạp điện cho acqui theo phương pháp
hỗn hợp dòng áp: Mắc thành 10 dãy song song, mỗi dãy có 10 acqui nối nhau.


…
10 dãy
10 acqui
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
CHƯƠNG II
PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU

I. VẤN ĐỀ CHUNG.
Bộ chỉnh lưu là thiết bị dùng để chuyển đổi nguồn xoay chiều thành nguồn
điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
Trong kỹ thuật có nhiều phương án chỉnh lưu như: chỉnh lưu không điều
khiển (chỉnh lưu điốt), chỉnh lưu điều khiển (chỉnh lưu tiristor), chỉnh lưu một
pha, ba pha, sáu pha.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn lựa các phương án chỉnh lưu phù
hợp nhằm đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Vì yêu cầu là chỉnh lưu điều khiển nên ta chọn phương án chỉnh lưu tiristor và
sau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển Tiristor cơ bản.
II. MỘT SỐ SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN TIRISTOR.
II.1. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng.
II.1.1. Sơ đồ nguyên lí.
Tải : R + L

Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
18
Lớp: TĐH2_CĐK49
Hình I.6. Phương pháp nạp điện cho acqui
U
1
~
T

U
d
G
U
U
G1
G2
α
G1
α
α
3Π2ΠΠ0
R
d
L
d
Hình II.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.1.3. Nguyên lí hoạt động.
+ Trong khoảng (α ÷ π): T
1
và T
3
dẫn, I
d
= I
T1
=I
T3,
U

+ Điện áp trên tải:
U
d
=
π
2
1
θθ
π
dU .sin 2
2
2
0
∫
=
π
1
θθ
απ
α
dU .sin 2
2
∫
+
=
( )
[ ]
απα
π
+− coscos

+ Công suất tải: P
d
= U
d
.I
d
+ Công suất máy biến áp: S
ba
= 1,23 P
d
II.1.4.Nhận xét:
Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha đối xứng có cấu tạo phức tạp hơn
mạch chỉnh lưu điều khiển một pha có điểm trung tính. Mạch sử dụng nhiều
kênh điều khiển hơn, điện áp và dòng điện liên tục trong suốt quá trình làm việc.
Mạch thường được sử dụng trong những mạch có công suất nhỏ và vừa.
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
20
Lớp: TĐH2_CĐK49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II .2. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng.
II.2.1. Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp.
Với tải : Rd + Ld

α α
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
21
Lớp: TĐH2_CĐK49
U
1
~

0
0
θ
θ
0
θ
θ
0
0
θ
0
θ
0
θ
0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
α/2

II.2.2. Nguyên lý hoạt động.
Trong sơ đồ các điốt Đ1, Đ2 vẫn mở tự nhiên ở đầu các nửa chu kỳ: Đ1 mở
khi u2 âm; Đ2 mở khi u2 dương. Các Tiristo mở theo góc mở
α
. Tuy nhiên các
van khoá theo nhóm: Đ1 dẫn sẽ làm T1 (cùng nhóm catốt chung) khoá, T1 dẫn
sẽ làm Đ1 khoá; Tương tự Đ2 dẫn thì T2 khóa, T2 dẫn thì Đ2 khoá.
Khi
θ
=
α
cho xung điều khiển mở T1.

(1 +cosα)
+ Dòng điện tải: I
d
=
Rd
Ud
+ Dòng điện qua van Tiristor: I
T
=
π
απ
2
−
I
d

+ Dòng điện qua điốt: I
D
=
∫
+
απ
α
2
1
I
d
d
θ
=

ba
= 1.48 P
d
II.2.3. Nhận xét.
+ Hệ số cos
ϕ
của sơ đồ cầu không đối xứng cao hơn so với sơ đồ cầu đối
xứng.
+ Sơ đồ này không cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
+ Mạch thường được sử dụng với tải có công suất nhỏ và vừa.
+ Số van giảm so với sơ đồ cầu đối xứng giá thành hạ.
II.3. CHỈNH LƯU ĐIỂN KHIỂN CẦU BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG.
II.3.1. Sơ đồ nguyên lí.
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
23
Lớp: TĐH2_CĐK49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động
II.3.2. Dạng điện áp.
Sinh viên: Nguyễn Văn Bình
24
Lớp: TĐH2_CĐK49
U
C
T
1
H×nh II.3. M¹ch chØnh l u ®iÒu khiÓn ®èi xøng cÇu 3F.
D
4
T
3

I
d
i
a
I
d
I
d
θ
θ
θ
θ
D
6
D
2
D
4
D
6
T
3
T
1
u
a
T
5
T
1