Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Nguồn điện một chiều được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ
ứng dụng trong sinh hoạt đến ứng dụng trong quốc phòng, công nông nghiệp,
các ngành khoa học kỹ thuật và trong sản xuất công nghiệp hiện đại.
Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chưa từng
thấy, nhất là lĩnh vực điện tử, tin học, tự động hoá, đo lường điều khiển, v.v…
các thiết bị điện tử trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, các dụng cụ
đo lường tự động, các hệ thống điều khiển với độ chính xác cao, các loại máy
tính điện tử với tốc độ tính toán nhanh được ứng dụng trong công nghiệp,
trong đo lường và điều khiển, v.v… hầu hết đều cần một nguồn cung cấp điện
một chiều để hoạt động. Chính vì vậy đòi hỏi có một nguồn điện một chiều
tương ứng; đáp ứng được những nhu cầu mới, như có điện thế, dòng điện lớn,
kích thước gọn nhẹ, làm việc tin cậy, chính xác, độ ổn định cao, khả năng làm
việc lâu dài, chịu được các điều kiện môi trường làm việckhác nhau. các
nguồn điện một chiều này có thể là các loại pin, acqy, nhưng phổ biến hơn
vẫn là nguồn điện một chiều từ acquy. Do vậy việc thiết kế một bộ nguồn
cung cấp là rất quan trọng và thiết thực. Trong đó có việc thiết kế một bộ nạp
acquy tự động và liên tục cũng được rất chú trọng.
Vấn đề lớn ở đề tài này là chế độ nạp cho acquy như thế nào? công
nghệ nạp ra sao? có rất nhiều phương pháp điện cho acquy
+ Nạp với dòng điện không đổi
+ Nạp với điện áp không đổi
+ Nạp vừa dòng, vừa áp
Trong đồ án này ta dùng phương pháp nạp hai cấp dòng điện bởi vì khi
nạp đòi hỏi tốc độ nhanh, thời gian ngắn và điện áp ắc quy phải đầy và đủ.

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Trần Đình Của
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp
Tuy nhiên trên thực tế thì acquy axit và acquy kiềm được sử dụng
nhiều hơn. nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay là acquy axít; vì so với
acquy kiềm nó có một vài đặc tính tốt hơn như : sức điện động của mỗi bản "
cặp bản " cực cao hơn và có điện trở trong nhỏ . Vì vậy trong đồ án này ta
chọn loại acquy a xít để nghiên cứu và thiết kế .
1.3. Cấu tạo của acquy axít:
1.3.1.Vỏ bình:
Vỏ thường làm bằng những nguyên liệu cách điện như nhựa, cao su
cứng (ê bônít) đúc thành hình hộp, được chia thành nhiều ngăn, chịu được khí
hậu nóng, lạnh va chạm mạnh và chịu được axít.
Ở đáy của mỗi ngăn có bốn sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng
trốn giữa đáy bình và mặt dưới của khối bản cực, tránh được hiện tượng chập
mạch giữa các bản cực do chất kết tủa rơi xuống đáy bình gây nên.
1.3.2.Tấm ngăn:
Tấm ngăn được ghép giữa các bản cực âm và các bản cực dương để
tránh hiện tượng chập mạch giữa các điện cực khác dấu.
1.3.3.Phân phối bản cực âm:
Các bản cực âm ghép song song với nhau tạo thành khối bản cực âm.
Chất hoạt động của bản cực âm là chì xốp.
Hình 1.1.các bản cực acquy
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
(+)
L¸ c¸ch ®iÖn
CÊu t¹o
b¶n cùc
3
Đồ án tốt nghiệp
1.3.4. Phân khối bản cực dương:
Các bản cực dương cũng được ghép song song nhau tạo thành khối bản

dòng điện phóng (Ip).
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
4
Đồ án tốt nghiệp
Khi acquy đã được nạp no, chất tác dụng ở các bản cực dương là 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
có dạng tinh thể nhỏ.
Phương trình hoá học xảy ra trong acquy axít:
Trên bản cực dương :
PbO
2
+ 3H+ HSO
4
+ 2e = PbSO
4
+ H
2
O
Trên bản cực âm :
Pb + H
2
SO
4
= PbSO
4
+ 2e + 2H

PbSO4
(sunfat chì tinh
thể nhỏ )
Như vậy, khi phóng điện axít sunfuric bị hấp thụ để tạo thanh sunfat,
còn nước thì bị phân hoá ra , do đó nồng độ của dung dịch giảm đi. Khi nạp
điện thì ngược lại, nhờ hấp thụ nước và tái sinh ra axít sunfuric nên nồng độ
của dung dịch tăng lên . Sự thay đổi nồng độ của dung dịch điện phân khi
phóng và nạp là một trong những dấu hiệu để xác định mức phóng điện của
acquy trong sử dụng.
1.5. Các đặc tính của acquy axít:
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
5
ỏn tt nghip
Trong phn ny ta ch nờu mt vi c tớnh ch yờu ca acquy axớt v
n gin ta ch xột c tớnh ca mt acquy n:
1.5.1.Sc in ng (S) ca acquy :
S ca acquy ph thuc ch yu vo in th trờn cỏc cc tc l ph
thuc vo c tớnh lý hoỏ ca vt liu lm cỏc bn cc v dung dch in
phõn, khụng ph thuc vo kớch thc ca cỏc bn cc.
S ca acquy ph thuc vo nng ca dung dch in phõn c
xỏc nh bng cụng thc thc nghim sau:
Eo= 0,85 + P ( 1.1 )
Vi E0 - S tnh ca acquy n. S tnh c o trong trng hp
acquy khụng phúng in v bng vụn k c bit.
P - nng dung dch in phõn c tớnh bng V quy v + 15
0
C
Ngoi ra S ca acquy cũn ph thuc vo nhit ca dung dch
in phõn. Vớ d khi nhit thay i t 20
0

SOH

+
H
+
4
2
SO


Catiôn
+
H
theo dòng điện đi về fía chùm bản cực nối với âm
nguồn điện
và tạo ra fản ứng tại đó:
2
+
H
+
4
PbSO

42
SOH
+
Pb
ti: Thit k b np c quy t ng H Bỏch khoa H Ni
6
ỏn tt nghip

gian này gọi là thời gian nạp no ,nó có tác dụng làm cho phân
tử các chất tác dụng ở sâu bên trong lòng bản cực đợc biến
đổi hoàn toàn ,nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng
điện của acquy .Trong sử dụng thời gian nạp no của acquy
thờng kéo dài khoảng 2hữ 3h , trong khoảng thời gian này
hiệu điện thế của acquy và nồng độ dung dịch điện phân
không thay dổi.Sau khi ngắt mạch nạp , điện áp ,sức điện
động , nồng độ dung dịch điện phân của acquy giảm
xuống và ổn định, dây gọi là thời gian nghỉ của acquy sau
khi nạp .
Có thể nạp điện cho acquy với dòng điện cố định hoặc
nạp ở điện thế không đổi . Nạp ở dòng điện cố định sẽ
nhanh nhng tốn năng lợng hơn chế độ nạp ở điện thế không
đổi.
ti: Thit k b np c quy t ng H Bỏch khoa H Ni
(+) (-)
A
V
+
-
Sơ đồ mạch nạp
0
2
4 8 12 18 20
0,5
1
7
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2.Quá trình nạp acquy
Trên hình vẽ là đặc tính nạp bằng dòng điện không đổi, nồng độ dung

ng vi acquy ó c np no.
Nh vy nhng du hiu biu th mc cui cựng ca quỏ trỡnh np:
Th hiu v nng dung dch ca acquy nng tng v chỳng phi
khụng thay i trong 3 gi lin.
in lng cung cp cho acquy khi np Qung ninh tớnh bng :
Qn = In. Tn ( 1.3)
Tn : l thi gian np tớnh n im cui quỏ trỡnh np.
Trong quỏ trỡnh acquy lm vic do tn tht v nhit v cho quỏ trỡnh
phn ng hoỏ hc khụng hon ton li nờn khi np phi cung cp cho acquy
mt in lng ln hn in lng nú cú th sn sinh ra khi phúng in.
Ngoi ra, do phi tiờu tn thờm nng lng in cho vic in phõn nc
trong 3 gi lin nờn khi np in lng cung cp cho acquy cn phi ln hn
in dung Q thu c trong quỏ trỡnh phúng khong 10 ữ 15% na ( c
trng bng phn gch vuụng trờn hỡnh v )
b.Quỏ trỡnh phúng
Trong quá trình phóng điện của acquy , xảy ra các fản ứng
hoá học sau:
Tại cực dơng :
42
SOH
+
2
PbO
+ 2
+
H
+ 2e
4
PbSO
+ 2

giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho
phép của acquy .Trong giai đoạn tiếp theo ,điện áp acquy sẽ
giảm rất nhanh .
ti: Thit k b np c quy t ng H Bỏch khoa H Ni
9
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.3.Quá trình phóng ở acquy
Trên hình là sơ đồ phóng và đặc tính phóng của acquy axít quá trình
phóng cũng được phân tích tương tự như trên, trong đồ án này ta chỉ quan tâm
đến phương pháp nạp điện cho acquy vì vậy ở đây ta không cần nêu chi tiết
về đặc tính phóng của acquy axít.
1.6. Các phương pháp nạp điện cho acquy axít:
Để nạp điện cho acquy người ta sử dụng ba phương pháp :
- Nạp bằng dòng điện không đổi In = const
- Nạp bằng thế hiệu không đổi Un = const
- Nạp vừa dòng vừa áp
Đồ án này ta sử dụng phương pháp nạp bằng dòng không đổi với hai
cấp dòng điện
1.6.1. Nạp bằng dòng điện không đổi:
Theo phương pháp này, dòng điện nạp được giữ nguyên ở một trị số
không đổi trong suốt thời gian nạp ( nạp một nấc) hoặc trong những trường
hợp nạp vội cho phép nạp hai nấc tức là thay đổi cường độ dòng điện nạp một
làan.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
S¬ ®å m¹ch n¹p
(+)
A
V
+
-

acquy đơn đạt 2,4V (bắt đầu sủi bọt khí trong acquy). Sau đó chuyển sang nấc
thứ hai với cường độ dòng điện nạp giảm đi và kết thúc quá trình nạp ở cuối
nấc này.
Theo cách này tất cả các acquy không lệ thuộc vào thế hiệu định mức
được mắc nối tiếp với nhau và cần đảm bảo điều kiện :
Un > 2,7. Naq ( 1.5 )
Trong đó:
Un : Điện áp nạp
Naq : Số ngăn acquy đơn mắc trong mạch nạp.
Tất cả các acquy phải có điện dung như nhau, nếu không sẽ phải chọn
cường độ dòng điện nạp theo acquy có điện dung nhỏ nhất và như vậy acquy
có điện dung lớn sẽ phải nạp rất lâu
Trong quá trình nạp sức điện động của acquy tăng dần, 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 :
R
In
NaqUn 0,2−
=
(1.6)
* Ưu điểm của phương pháp :
Nạp bằng dòng điện không đổi là phương pháp nạp chủ yếu và tổng
hợp nhất , trong đó nạp một nấc là cơ bản, còn nạp hai nấc chỉ áp dụng khi
cần rút ngắn thời gian nạp. phương pháp này cho phép chọn tuỳ ý cường độ
dòng điện nạp cho thích hợp với từng loại acquy. Tất cả các acquy mới trước
khi đem sử dụng nói chung đều phải nạp qua cách này.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
11
Đồ án tốt nghiệp
Phương pháp nạp điện một nấc áp dụng trong trường hợp nạp lẫn lộn cả

* Nhược điểm của phương pháp
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
12
Đồ án tốt nghiệp
Không thể cùng lúc nạp cả acquy cũ và mới và nạp chữa các acquy bị
sunfat hoá; cường độ dòng điện nạp ban đầu rất lớn, tuy không làm hỏng
acquy nhưng có hại cho tuổi thọ và điện dung của acquy và gây quá tải cho
thiết bị nạp nếu không có cơ cấu hạn chế dòng điện.
1.6.3.Nạp hai cấp dòng điện:
Chế độ nạp hai cấp dòng điện:Dual Current Step Charge.
Trong chế độ này bộ nạp sẽ thực hiện hai chế độ nạp với hai mức dòng điện
khác nhau là (I
max
+I
H
) và I
H
.
Chế độ này thường dùng khi nạp đồng thời cho nhiều nhánh acquy mắc nối
tiếp nhau,lúc đó ở giai đoạn nạp với dòng I
H
(holding current thường lấy bằng
10%I
max
) sẽ đảm bảo cho các acquy được tự chỉnh để đạt trạng thái đầy như
nhau.
Nguyên lý hoạt động thể hiện ở đặc tính và đồ thị nạp.chế độ nạp với mức
dòng lớn bằng (I
max
+I


Đặc tính VA quá trình nạp

INPUT
SUPPLY
VOLTAGE
V
12
V
F
B C V
21
CHARGE A D E
VOLTAGE
I
max
+I
H
CHARGE
CURRENT I
H

OFF
STATE ON
LEVEL
STAGE1 STAGE 2 STAGE 1
Hình 1.4.Đồ thị trạng thái

Các điểm đặc trưng của quá trình nạp là:
A – Nguồn vào được cấp và bộ nạp lập tức hoạt động với chế độ nạp dòng lớn

ban đầu
1.7. Cách bảo quản acquy:
* Bảo quản thường xuyên:
Chăm sóc và sử dụng acquy đúng kỹ thuật sẽ nâng cao hiệu suất sử
dụng, kéo dài tuổi thọ của acquy và đảm bảo an toàn cho người, phương tiện
sử dụng.Luôn đảm bảo đủ mức dung dịch điện phân, khi thiếu phải bổ sung
bằng nước cất cho đủ.
Bôi mỡ vào các đầu bọc acquy để chống gỉ, thường xuyên lau chùi sạch
sẽ, bề mặt acquy phải luôn luôn khô để tránh hiện tượng phóng điện trên bề
mặt acquy.
Kiểm tra các nút và không làm bẹp lỗ thông hơi
* Bảo quản trong kho:
- Kho chứa acquy phải thoáng, nhiệt độ trung bình phải nhỏ hơn 35
0
C
- Kho không để acquy chung, acquy axít để riêng, acquy kiềm để riêng.
- Nền nhà phải dải nhựa đường và bố trí gọn gàng để tiện vận chuyển ra
vào trong kho.
- Trước khi cất acquy phải nạp quá lượng, lau sạch sẽ các nút và vỏ
bình.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
15
Đồ án tốt nghiệp
- Trong thời gian bảo quản mỗi tháng phải nạp một lần và phải đầy với
cất.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
16
Đồ án tốt nghiệp
Chương 2
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ NẠP ACQUY TỰ ĐỘNG

khi góc α mở , λ sẽ là góc tắt
U
d
=
2
.U
2
sin
ω
t
- id kéo dài → π → nửa chu kỳ âm
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
17
Đồ án tốt nghiệp
→ U
2
= U
d
= Rid + L
2=
dt
did
.U
2
sin
ω
t
→
2
.U

U
2
sin
ω
t
U
2
= -
2
U
2
sin
ω
t
R
α
0
π
U
d
L
i
d
2π
T
1
T
2
~
U

= RI
d
U
d
=
Π
2.22 U
. Cos α
I
d
=
R
U
Π
2.22
. Cos α
1.3.Chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha:
R
L
id
T
1
T
2
T
3
T
4
Ud
α

Khi Id là dòng gián đoạn
Id =
R
Ud

I
T
=
22
,sin
2.2
2
1 Id
R
Ud
d
R
U
==
Π
∫
Π
θθ
α

Khi id là dòng liên tục
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
19
Đồ án tốt nghiệp
Id = Id

=
θ
α
α
dId.
2
1
∫
+Π
Π

Id ( π + α )/2 π
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
20
Đồ án tốt nghiệp
a.Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng
D2
D1
T2
T1
L
R
Ud
θ
θ
θ
θ
a
id
i

Khi D1 và D2 cùng cho dòng chảy qua Ud = 0
Khi θ = θ 3= Π + α cho xung mở T2, dòng tải id = Id chảy qua D1
và T2 đi ốt D2 bị khoá lại.
Trong sơ đồ này, góc dẫn của tiristor và đi ốt không bằng nhau.
Góc dẫn của đi ốt là : λ D = Π + α , còn góc dẫn của tisristor
λ T = Π - α .
Giá trị trung bình của điện áp tải:
U
d
=
)cos1(
2.2
.sin2.2
1
0
αθθ
+
Π
=
Π
∫
Π
U
dU

Giá trị trung bình của dòng tải :
Id =
R
Ud
Giá trị dòng trung bình qua van :

I2 =
Π
−=
Π
∫
Π
α
θ
α
1.
1
2
IddI
d
Điện áp ngược cực đại đặt lên van
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
22
Đồ án tốt nghiệp
Uim =
2
.U2
Công suất máy biến áp :
Sba = 1,93Pd
1.4.Chỉnh lưu điều khiển 3 pha:
a.Sơ đồ 3 pha hình tia
T3
c
b
T2
a

Đồ án tốt nghiệp
Ua = U2 m sin θ
Ub= U2 m sin ( θ ÷ 120
0
)
Uc= U2 m sin ( θ ÷ 120
0
)
Trong mạch có L nên id là dòng liên tục
id = Id
Góc mở α > 0
U
d
=
θθθθ
dUdUd .sin2.2
2
1
//
2
1
0
2
0
∫∫
ΠΠ
Π
=
Π


2
G
U
d
0
θ
1 3
5
6
2 4
θ1
θ2
2π
α
α
Ud = Id.R
Id =
R
Ud
→ I
T
= I
D
=
∫
Π
θ
dId.
2
1