Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Đồ án môn học
Sinh viên: Phạm Gia Điềm
Lớp : Tự Động Hoá 3_K43
1. Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế bộ chỉnh lu nạp ác qui tự động có các thông số sau:
Điện áp nguồn ( VAC ): 3ì220 ( 10% )
Tần số điện áp ( Hz ): 50
Thông số ác qui: 180 Ah, 4ì12 VDC
2. Nội dung:
Phân tích yêu cầu và giới thiệu chung về công nghệ.
Đề suất các phơng án tổng thể, phân tích u nhợc điểm từng ph-
ơng án để đi đến chọn lựa một phơng án thực thi thiết kế mạch
lực và mạch điều khiển.
Phân tích kỹ nguyên lý hoạt động của phơng án đã chọn. Trên
cơ sở đó, tìm các biểu thức có sự liên quan đến những đại lợng đã
biết và đại lợng cần tìm.
Tính chọn, thiết kế các phần tử mạch công suất.
Tính chọn mạch điều khiển.
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.
3. Thuyết minh và bản vẽ:
Một quyển thuyết minh đồ án theo yêu cầu của phần trên, đợc
giáo viên hớng dẫn thông qua.
Toàn bộ sơ đồ nguyên lý, bao gồm cả mạch lực và điều khiển
vẽ trêb khổ giấy A1. Trình bày theo bản vẽ kỹ thuật.
1
Trờng đại học bách khoa hà nội
Khoa điện
Bộ môn tự động hoá xncn

2
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

II. Chỉnh lu cầu 3 pha bán điều khiển
1. Sơ đồ nguyên lý:
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:
III. Chỉnh lu điều khiển cầu một pha không đối xứng
1. Sơ đồ nguyên lý:
2. Đ ờng đặc tính biểu diễn:
phần iiiTính toán và thiết kế mạch lực
I.Tính chọn van mạch lực
1. Số liệu cho tr ớc:
2.Tính toán với sơ đồ đã chọn:
3. Mạch bảo vệ Tiristor:
II. Tính toán máy biến áp lực
III.tính toán thiết kế bộ lọc:
Phần IVThiết kế và tính toán mạch điều khiển
I. Yêu cầu và nguyên tắc điều khiển
1. Mục đích và yêu cầu:
2. Nguyên tắc điều khiển:
2.1. Nguyên tắc điều chỉnh thẳng đứng tuyến tính:
2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS
ii. sơ đồ khối và chức năng:
III. Mạch điều khiển
1. Nguyên tắc ổn áp ổn dòng:
1.1. Nguyên tắc ổn dòng:
a) ổn dòng theo sờn trớc:
b) Theo sờn sau:
2. Nguyên tắc ổn áp:
a) ổn áp theo sờn trớc:

những lúc rất cần năng lợng điện mà ta không thể lấy năng lợng điện từ lới điện đợc.
Do đó ta phải lấy các nguồn điện dự trữ nh ác qui.
Nh vậy để có thể sử dụng đợc các nguồn ác qui ta phải nạp điện cho ác qui.
Bộ chỉnh lu nạp ác qui tự động đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều trờng 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 đợc chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Cho nên một trong
những yêu cầu của môn học điện tử công suất là thiết kế đợc một bộ nạp ác qui tự
động với các thông số đầu vào cho trớc.
Nội dung bản đồ án này là thiết kế một mạch chỉnh lu.
Qua thời gian thực hiện bản đồ án này cùng với sự giúp đỡ tận của thày giáo em
đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên lĩnh vực tơng đối mới và khó đối với em nên chắc
chắn bản báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót, em mong tiếp tục nhận đợc sự
đóng góp của các thầy giáo để đồ án hoàn thiện hơn.
Hà nội ngày 20 tháng 1 năm 2002
5
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

Phần I
giới thiệu chung về ắc qui
và các phơng pháp nạp ắc qui
I. Giới thiệu chung về ắc qui
1. ứ ng dụng của ác qui:
ắc qui là một nguồn điện đợc trữ năng lợng điện dới dạng hoá.
ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện
trong công nghiệp cũng nh trong đời sống hàng ngày: nh động cơ điện, bóng
đèn điện, là nguồn nuôi của các linh kiện điện tử... ắc qui là nguồn cung cấp
điện cho các động cơ khởi động.
Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhng phổ biến nhất là hai loại ắc qui
chì và ắc qui axit.
2. Cấu tao và đặc điểm của các loại ắc qui:

đợc hàn với nhau thành khối bản cực âm. Số lợng các bản cực trong mỗi ắc qui
thờng từ 5 đến 8, bề dầy tấm bản cực dơng của ắc qui thờng từ 1,3 đến 1,5
mm , bản cực âm thờng mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm . Số bản cực âm trong ắc
qui thờng nhiều hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích
tham gia phản ứng của các bản cực. Tấm ngăn đợc bố trí giữa các bản cực âm
và dơng có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn đ-
ợc làm bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8 đến 1,2 mm và có dạng lợn
sóng , trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phéo dung dịch điện phân thông
qua.
3. Quá trình biến đổi năng l ợng trong ắc qui
ắc qui là nguồn năng lợng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng
lợng dới dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng. Quá trình
ắc qui cấp điện cho mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc
qui dự trữ năng lợng đợc gọi là quá trình nạp điện.
3.1. Quá trình biến đổi năng lợng trong ắc qui axit:
Trong ắc qui axit có các bản cực dơng là đôixit chì ( PbO
2
), các bản
âm là chì ( Pb ), dung dich điện phân là axit sunfuaric ( H
2
SO
4
) nồng độ d =
1,1 ữ 1,3 %
(- ) Pb H
2
SO
4
d = 1,1 ữ 1,3 PbO
2

+ 2Ni(OH)
2

nạp
Thế điện động e = 1,4 V.
Nhận xét: Từ những điễu đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong các quá
trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc qui phóng
7
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc qui nạp điện nồng độ
dung dịch điện phân tăng dần. Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch
điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của ắc qui.
4. Các thông số cơ bản của ắc qui:
4.1. Sức điện động của ắc qui:
Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ
dung dịch điện phân. Ngời ta thờng sử dụng công thức kinh nghiệm
Eo = 0,85 + ( V )
trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )
- nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm
3
)
Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc qui đợc tính theo
công thức:
Ep = Up + Ip.r
b

trong đó : Ep - sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V )
Ip - dòng điện phóng ( A )
Up - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)

5.1. Đặc tính phóng của ắc qui.
Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức
điện động, điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian
phóng khi dòng điện phóng không thay đổi .
Từ đặc tính phóng của ắc qui nh trên hình vẽ ta có nhận xét sau:
Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động
điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời
gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định
hay thời gian phóng điện cho phép tơng ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc
qui ( dòng điện phóng ).
Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta
tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động ,điện áp của ắc qui sẽ
giảm rất nhanh .Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO
4
) tạo thành trong
phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình
nạp điện trở lại cho ắc qui sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện
cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up, tại tgh đợc gọi là các giá trị giới hạn
phóng điện của ắc qui. ắc qui không đợc phóng điện khi dung lợng còn khoảng
80%.
Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức
điện động, điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi
9
C
P
= I
P
.t
P
Vùng phóng điện cho phép

tăng đến 2,4 V . Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và
giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần
các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực đợc biến đổi tuần hoàn, nhờ đó
sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng điện của ắc qui.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ữ 3 h trong suốt
thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch
điện phân không thay đổi . Nh vậy dung lợng thu đợc khi ắc qui phóng điện
luôn nhỏ hơn dung lợng cần thiết để nạp no ắc qui.
10
1,95
Cn = In.tn
Vùng nạp chính
5
10
0 2 4
10%C
10
1
6
8
ts 10 12
Vùng
nạp n
0
t
I (A) U,E (V)
2,4
2
2,7
U

= 20%C
10
_Hiện tợng phòng lớn, do đó ắc qui
nhanh hết điện ngay cả khi không sử
dụng.
_Sử dụng rộng rãi trong đời sống,
công nghiệp đặc biệt ở những nơi có
nhiệt độ cao va đập lớn nhng công
suất và quá tải vừa phải.
_Dùng trong ôtô, xe máy và các
động cơ máy nổ công suất vừa và
nhỏ.
_Giá thành thấp
_Khả năng quá tải rất lớn dòng điện
nạp lớn nhất khi đó có thể đạt tới:
I
nmax
= 50%C
10
_Hiện tự phóng nhỏ.
_Sử dụng ở những nơi có yêu cầu
công suất lớn quá tải thờng xuyên,
đợc sử dụng với các thiết bị công
suất lớn.
_Dùng phổ biến trong công nghiệp
hàng không, hàng hải và những nơi
nhiệt độ môi trờng thấp.
_Giá thành cao.
7.Các ph ơng pháp nạp ắc qui tự động.
Có ba phơng pháp nạp ắc qui là

điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ữ 0,6 )C
10
tức là nạp cỡng bức và kết
thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C
10
7.2. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi.
Phơng pháp này yêu cầu các ắc qui đợc mắc song song với nguồn
nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và đợc tính bằng (2,3V ữ 2,5V)
cho mỗi ngăn đơn. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp
ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phơng pháp này
ắc qui không đợc nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phơng pháp
nạp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử dụng.
7.3. Phơng pháp nạp dòng áp.
Đây là phơng pháp tổng hợp của hai phơng pháp trên. Nó tận dụng đ-
ợc những u điểm của mỗi phơng pháp.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong quá trình
nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá đợc tự động diễn ra theo một trình tự
đã đặt sẵn thì ta chọn phơng án nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp.
Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nh hiệu suất
nạp thì trong khoản thời gian tn = 8h tơng ứng với 75ữ80 % dung lợng ắc qui
ta nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1C
10
. Vì theo đặc tính nạp của ắc qui
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 8 h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời
gian nạp đợc 10 h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 đến 3h.
Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống nh ắc qui axit nhng
do khả năng quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với
12

+ ắc qui kiềm : dòng nạp In = 0,2C
10
; nạp cỡng bức với
dòng điện nạp In = 0,5C
10
.
Từ các phân tích ở trên ta rút ra các số liệu sau:
+ Dòng nạp lớn nhất Inmax = Idmax = 90 A
+ Điện áp Udmax = 64,8 V
Phần II
Phân tích tính toán và lựa chọn
Phơng án
13
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43

I. Chỉnh lu điều khiển đối xứng cầu ba pha
1. Sơ đồ nguyên lý:
_Sơ đồ gồm 6 Tiristor đợc chia làm hai nhóm:
Nhóm Katot chung : T1, T3, T5
Nhóm Anot chung : T2, T4, T6
_Góc mở đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sin.
_Giá trị trung bình của điện áp trên tải:



=

=

+

V8,64U
maxd
=
ta có
V68,27U
2
=
Điện áp các pha thứ cấp của máy biến áp là:
14
T3
u
d
t5
U
b
U
a
U
c
U
B
U
A
U
C
T1T4
T6
T2
Đồ án điện tử cộng suất Phạm Gia Điềm lớp tự động hoá 3 k43


có
A5,73I
max2
=
Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là:

)A(30
3
I
I
maxd
maxTBV
==

Giá trị điện áp ngợc mà Tiristor phải chịu:

)V(04,68U05,1U
3
U6U
maxdmaxd2maxng
==

==

Công suất biến áp:
)kVA(1,610.90.8,64.
3
IU
3
S

i
T1
i
T4
I
d
I
d
U
d
T
1
u
a
T
2
T
6
T
4
I
d
θ
θ
I
d
θ
θ
U
d2