Lời nói đầu Tự động hóa phát triển mang lại ứng dụng vô to lớn cho phát triển tất ngành kĩ thuật giới Tuy nhiên, nước ta ứng dụng phát triển mạnh mẽ năm gần Nó giúp nước ta phát triển để tiến tới trở thành nước công nghiệp hóa – đại hóa Bởi tự động hóa nghiên cứu tất ngành kĩ thuật trường nói chung ngành tự động hóa nói riêng Ngày nay, tất máy móc thiết bị công nghiệp đời sống hàng ngày phải sử dụng điện năng, phần lớn thiết bị sử dụng điện lưới Tuy nhiên thực tế có lúc cần lượng điện mà ta lấy từ lưới Do ta phải lấy nguồn điện dự trữ ắc qui, ắc qui sử dụng nhiều công nghệ ô tô,xe máy… Do mà việc có công nghệ nạp ắc qui tối ưu cần thiết quan trọng Trong đồ án này, chúng em giao đề tài “ Thiết kế nạp ắc qui….” Trong trình làm chúng em giúp đỡ, bảo thầy để chúng em hoàn thành đồ án cách tốt Em xin chân thành cảm ơn Đồ án trình bày có nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu khái quát ắc qui Hiện có nhiều loại ắc qui, có hai loại ắc qui axit ắc qui kiềm Chúng ta xét loại sau: I – Cấu tạo nguyên lí làm việc ắc qui axit 1.Cấu tạo - Bình ắc qui chia thành nhiều ngăn, thống thường ngăn Mỗi ngăn ắn qui đơn cho điện áp đầu 2V Như vậy, đem đấu nối tiếp ngăn với ta có nguồn ắc qui 12V - Vỏ bình ắc qui chế tạo vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt, mà người ta đúc nhựa cứng ebonite Phía vỏ bình có vách ngăn để tạo thành ngăn riêng biệt, ngăn riêng biệt gọi ắc qui đơn Dưới đáy bình ta làm hai yên đỡ gọi yên đỡ cực Mục đích để cực tỳ lên đó, tránh bị ngắn mạch đáy bình có lắng đọng cặn bẩn - Bản cực làm từ hợp kim chì antimon, mặt cực có gắn xương dọc xương ngang để tăng độ cứng vững tạo ô cho chất hoạt tính bám cực Nếu cực dương chất hoạt tính để phủ vào khung ô cực dioxit chì Nếu cực dùng làm cực âm chất hoạt tính sử dụng làm chì xốp Khi ắc qui hoat động chất hoạt tính tham gia đồng thời vào phản ứng hóa học nhiều tốt, để tăng bề mặt tiếp xúc chất hoạt tính với dung dịch điện phân, người ta chế tạo chất hoạt tính có độ xốp, đồng thời đem ghép cực tên song song với thành chùm cực ngăn ắc qui đơn Chùm cực dương chùm cực âm lồng xen kẽ hai cực khác tên lại đặt thêm cách, cách làm từ chất cách điện để cách điện hai cực nhựa xốp, thủy tinh hay gỗ - Phần nắp ắc qui để che kín phận bên bình, ngăn ngừa bụi chất từ bên rơi vào bên bình, đồng thời giữ cho dung dịch điện phân không bị tràn Trên nắp bình có lỗ để đổ kiểm tra dung dịch điện phân, lỗ nút kín nút có lỗ thông nhỏ Ở số loại ắc qui lỗ thông chế tạo riêng biệt Để đảm bảo độ kín bình ắc qui, xung quanh mép ắc qui xung quanh lỗ cực đầu ra, người ta thường trát nhựa chuyên dụng Dung dịch điện phân dùng ắc qui thường hỗn hợp axit sunfuric H2SO4 pha chế theo tỉ lệ định với nước cất 2.Nguyên lí làm việc a, Quá trình nạp Khi ắc qui lắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào ngăn bình cực sinh lớp mỏng chì sunfat (PbSO 4) Vì chì tác dụng với axit theo phản ứng: PbO + H SO4 → PbSO4 + H 2O Đem nối nguồn điện chiều vào hai đầu cực ắc qui dòng điện chiều khép kín qua mạch ắc qui dòng điện theo chiều: Cực dương nguồn điện → → → chiều Dung dịch điện phân đầu cực ắc qui cực âm nguồn chiều Dòng điện chiều làm cho dung dịch điện phân phân li: H SO4 → H + + SO42− Cation H+ theo dòng điện phía cực nối với âm nguồn điện tạo thành phản ứng đó: 2H + + PbSO4 → H SO4 + Pb SO42− Các anion thành phản ứng đó: chạy phía chùm cực nối với dương nguồn điện tạo PbSO4 + H 2O + SO42− → PbO2 + H SO4 Kết cực nối với dương nguồn điện có PbO (chì dioxit) chùm cực có chì Pb, chùm cực có khác cực tính Từ phản ứng hóa học ta thấy trình nạp điện tạo lượng axit sunfuric bổ sung vào dung dịch điện phân, đồng thời trình nạp điện dòng điện phân tích dung dịch điện phân khí hydro (H2) oxi (O2), lượng khí sủi lên bọt nước bay đi, nồng độ dung dịch điện phân trình nạp điện tăng lên Ắc qui coi nạp đầy quan sát thấy dung dịch sủi bọt (gọi tượng sôi) Lúc ta ngắt nguồn nạp xem trình nạp điện cho ắc qui hoàn thành b, Quá trình phóng điện ắc qui: Nối hai cực ắc qui nạp điện với phụ tải, ví dụ bóng đèn lượng tích trữ ắc qui phóng qua tải, làm cho bóng đèn sáng Dòng điện → ắc qui theo chiều: Cực dương ắc qui (đầu cực nối với cực dương nguồn nạp) → → → tải (bóng đèn) cực âm ắc qui dung dịch điện phân cực dương ắc qui Quá trình phóng điện ắc qui, phản ứng hóa học xảy ắc qui sau Tại cực dương: PbO2 + H + + H SO4 + 2e → PbSO4 + H 2O Tại cực âm: Pb + SO42− → PbSO4 + 2e Như ắc qui phóng điện, chì sunfat lại hình thành hai cực, làm cho cực dần trở lại giống nhau, dung dịch axit bị phân thành cation 2H + anion SO42− , đồng thời trình tạo nước dung dịch, nồng độ dung dịch giảm dần sức điện động ắc qui giảm dần II - Ắc qui kiềm 1.Nguyên lí làm việc Ắc qui kiềm loại ắc qui mà dung dịch điện phân dùng ắc qui dung dịch kiềm KOH NaOH Tùy thuộc vào cấu tạo cực, ắc qui kiềm chia thành loại: - Loại ắc qui sắt – niken, loại ắc qui có cực chế tạo sắt (Fe) Niken (Ni) Loại ắc qui cadimi – niken, loại có cực chế tạo cadimi (Cd) Niken (Ni) Loại ắc qui bạc – kém, laoij ắc qui có cực chế tạo bạc (Ag) kẽm (Zn) Trong loại loại thứ có hệ số hiệu dụng đơn vị trọng lượng đơn vị thể tích lớn hơn, giá thành lại cao phải sử dụng khối lượng bạc tới 30% khối lượng chất tác dụng, loại dùng So với ắc qui axit, ắc qui kiềm có nhược điểm gí thành cao hơn, điện trở lớn hơn, lại có ưu điểm sau: - Có độ bền lớn thời gian sử dụng dài Trong điều kiện máy khởi động, làm việc nặng nề cần có yêu cầu độ tin cậy cao có tính ưu việt hẳn ắc qui axit Quá trình nạp điện cho ắc qui kiềm không đòi hỏi nghiêm ngặt dòng điện nạp Trị số dòng điện lớn gấp lần dòng định mức chưa làm hỏng ắc qui Ắc qui kiềm có cấu tạo tương tự ắc qui axit, tức gồm dung dịch điện phân, vỏ bình ắc qui, cực… Bản cực ắc qui kiềm chế tạo thành dạng thỏi không thỏi Giữa cực ngăn cách ebonit Chùm cực dương cực âm hàn nối chùm cực ắc qui axit để đưa vấu cực cho ắc qui Các chùm cực đặt bình điện phân ngăn cách với vỏ bình lớp nhựa vinhiplat Loại ắc qui dùng cực dạng thỏi thỏi hộp làm thép bề mặt có khoan nhiều lỗ Φ = 0,2-0,3 mm dung dịch thấm qua Nếu ắc qui kiềm sắt – niken hộp cực âm chứa sắt đặc biệt khiết, cực dương hỗn hợp 75%NiO.OH 25% bột than hoạt tính Loại ắc qui kiềm dùng cực không phân thỏi, cực chế tạo theo kiểu khung xương, đem chất tác dụng có cấu trúc xốp mịn để ép vào lỗ nhỏ cực Quá trình hóa học ắc qui kiềm Giống ắc qui axit, trình hóa học ắc qui kiềm trình thuận nghịch Nếu cực ắc qui kiềm sắt – niken phản ứng hóa học xảy ắc qui sau: Trên cưc dương: Ni (OH ) + KOH + OH − → Ni (OH )3 + KOH Trên cực âm: Fe(OH ) + KOH → Fe + KOH + 2OH − Như trình nạp điện, sắt hidroxit cực âm bị phân tích thành sắt nguyên tố anion OH- Còn cực dương, Ni(OH)2 chuyển hóa thành Ni(OH)3 Chất điện phân KOH xem không tham gia vào phản ứng hóa học mà đóng vai trò chất dẫn điện, sức điện động ắc qui không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân Sức điện động ắc qui xác định dựa trạng thái chất tác dụng cực Thông thường ắc qui kiềm nạp điện hoàn toàn sức điện động đạt khoảng 1,7 – 1,85V Khi ắc qui phóng điện hoàn toàn, sức điện động ắc qui 1,2 – 1,4 V Như điện phóng điện bình quân 2V ắc qui kiềm 1,2V Hiện nhà thiết kế chế tạo ắc qui chưa dừng lại kết đạt được, người ta chê tạo ắc qui kiềm nhỏ nhẹ, vân có thông số kĩ thuật ắc qui axit Những ắc qui hướng tới việc thay cực hợp kim có khả chống han gỉ, giảm kích thước tăng tính bên vững Những tạp chất trộn vào chất tác dụng cải thiện dặ tính phóng điện ắc qui cách đáng kể Nhiều ắc qui cầu nối nắp kết cấu vỏ bình thay vật liệu nhẹ nên giảm chiều dày thành bình, ắc qui phải bảo dưỡng III – Các thông số ắc qui Sức điện động ắc qui Sức điện động ắc qui axit phụ thuộc vào đặc tính lí hóa vật liệu làm cực, dung dịch điện phân xác định công thức thực nghiệm: γ E0 = 0,85 + (V) Trong : - E0 : Sức điện động tĩnh ắc qui đơn, tính Vol γ : nồng độ dung dịch điện phân tính vol qui +150C Sức điện động ắc qui phóng điện: Ep = Up + Ip.raq Trong đó: - Ip : dòng điện phóng (A) Up : điện áp đo cực ắc qui phóng điện (V) - raq : điện trở ắc qui, phóng điện hoàn toàn raq = 0,02 Sức điện động nạp En ắc qui: Ω En = Un – In.raq (V) Trong đó: - In : dòng điện nạp (A) Un : điện áp đo cực ắc qui nạp điện (V) - Raq : điện trở ắc qui nạp điện Khi nạp no raq = (0,001 – 0,0015) Ω Dung lượng ắc qui Dung lượng ắc qui đại lượng đánh giá khả cung cấp tích trữ lượng ắc qui tính theo công thức: Ci = Ii.ti (Ah) Trong đó: - Ci : dung lượng thu trình phóng nạp (Ah) Ii : dòng điện phóng nạp ổn định (A) IV – Đặc tính phóng nạp ắc qui Đặc tính phóng ắc qui - Đặc tính phóng ắc qui đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp ắc qui nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng dòng điện phóng không thay đổi Hình Đặc tính phóng ắc qui Từ đặc tính phóng ắc qui ta có nhận xét: - - - Trong khoảng thời gian phóng từ t = đến t = t gh (10h), sức điện động, điện áp nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, nhiên giai đoạn độ dốc đường đặc tính không lớn, ta gọi gian đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với chế độ phóng điện ắc qui (dòng điện phóng) Từ thời điểm tgh trở đi, tiếp tục phóng điện độ dốc sức điện động, điện áp ắc qui giảm nhanh, mặt khác tinh thể sunfat chì (PbSO 4) tạo thành phản ứng có dạng thô, rắn, khó hòa tan (biến đổi hóa học) Sau ngắt mạch phóng khoảng thời gian, giá trị sức điện động, điện áp nồng độ dung dịch điện phân ắc qui lại tăng lên, thời gian phục hồi hay khoảng nghỉ ắc qui Thời gian phục hồi phụ thuộc vào chế độ phóng điện ắc qui Đặc tính nạp ắc qui Biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp ắc qui nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp trị số dòng điện nạp không thay đổi Hình 1.2 Đặc tính nạp ắc qui Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét sau: - Trong khoảng thời gian nạp từ t n = đến tn = ts, sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần lên Tới thời điểm tn = ts bề mặt cực xuất bọt khí dòng điện điện phân nước thành oxi hydro (còn gọi tượng sôi), lúc điện cực ắc qui đơn tăng tới giá trị 2,4V, tiếp tục nạp giá trị nhanh chóng tăng tới 2,7V giữ nguyên, thời gian nạp gọi thời gian nạp no thường kéo dài từ 2-3h, làm tăng thêm dung lượng phóng điện ắc qui Trong trình sức điện động nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi - Sau ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống ổn định Đây khoảng nghỉ ắc qui sau nạp Trị số dòng nạp ảnh hưởng lớn đến chất lượng tuổi thọ ắc qui Dòng điện nạp định mức với ắc qui In = 10%C10 Trong C10 dung lượng ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện đinh mức In = 0,1C10 sau 10h ắc qui đầy V – Các phương pháp nạp ắc qui tự động Có ba phương pháp nạp ắc qui : - Phương pháp dòng điện Phương pháp điện áp Phương pháp dòng áp Phương pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi Đây phương pháp nạp cho phép chọn dòng nạp thích hợp với loại ắc qui, bảo đam cho ắc qui no Đây phương pháp sử dụng xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui nạp sửa chữa cho ắc qui bị sunfat hóa Với phương pháp ắc qui mắc nối tiếp với phải thỏa mãn điều kiện: U N ≥ 2, 7.N aq Trong : - UN : điện áp nạp Naq : số ngăn ắc qui đơn mạch Trong trình nạp điện sức điện động ắc qui tăng dần lên, để trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí mạch biến trở R Trị số giới hạn biến trở xác định theo công thức: R= U N − N aq In Nhược điểm phương pháp thời gian nạp kéo dài yêu cầu ắc qui đưa vào nạp có dung lượng định mức Để khắc phục thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp nấc thứ chọn (0,3-0,6)C10 tức nạp cưỡng kết thúc nấc ắc qui bắt đầu sôi Dòng điện nạp nấc thứ hai 0,1C10 Phương pháp nạp với điện áp không đổi Phương pháp yêu cầu ắc qui mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện nguồn nạp không đổi tính (2,3-2,5)V cho ngăn đơn Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dóng nạp tự động giảm theo thời gian Tuy nhiên với phương pháp ắc qui không nạp no, dùng bổ sung nạp cho ắc qui trình sử dụng Phương pháp nạp dòng áp Đây phương pháp tổng hợp hai phương pháp Nó tận dụng ưu điểm phương pháp Đối với yêu cầu đề ta chọn phương pháp nạp ắc qui phương pháp dòng áp - Đối với ắc qui axit: Để đảm bảo thời gian nạp hiệu suất nạp khoảng thời gian t n = 8h tương ứng với 75% - 80% dung lượng ắc qui ta nạp với dòng điện không đổi I n = 0,1C10 Vì theo đặc tính nạp ắc qui đoạn nạp chinh dòng điện không đổi điện áp, sức điện động tải thay đổi, bảo đảm tính đồng tải cho thiết bi nạp Sau thời gian 8h ắc qui bắt đầu sôi lúc ta chuyển sang nạp chế độ ổn áp Khi thời gian nạp 10h ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ sung thêm 2-3h - Đối với ắc qui kiềm: Trình tự nạp giống ắc qui axit khả tải ắc qui kiểm lớn nên lúc ổn dòng ta nạp với dòng nạp I n = 0,2C10 nạp cưỡng để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5C10 Các trình nạp ắc qui tự động kết thúc bị cắt nguồn nạp nạp ổn áp với điện áp điện áp hai cực ắc qui, lúc dòng nạp từ từ giảm không  Kết luận: Mạch điều khiển chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính gồm kênh điều khiển Mỗi T1 kênh tạo xung tương ứng cho van hay nửa chu kỳ âm T2 cà đến nửa chu kỳ dương điện áp T1 Ta có sơ đồ dạng điện áp qua điều khiển xét cho kênh điều khiển van - Khâu đồng pha: hình: Hình 3.8: Sơ đồ khâu đồng pha R1 Điện áp từ biến áp đưa qua trở A1 qua khuếch đại thuật toán U B > Tr1 B có dạng xung vuông, điện áp , R3 đóng, mạch tích phân (U Ra = − ∫ U v dt ) R C1 cho điện áp đầu có dạng cưa , điện áp ngắn mạch cho điện áp đầu - Khâu so sánh: Khâu so sánh nhận điện áp từ khâu đồng pha đưa sang R4 qua , nhiện điện áp âm, tức đồ thị nằm trục hoành, để kéo đồ thị điện áp tựa vào cổng cộng R5 Điện áp điều khiển đưa U dk = U RC R6 vào so sánh qua trở Và điện áp A3 đầu xung phát xung để đưa sang khâu tạo C1 hoạt động, U B < Tr1 A2 điện áp dương qua ta có điện áp mở thông Hình 3.9: Sơ đồ khâu so sánh - Khâu tạo xung: A3 Khâu tạo xung nhạn điều khiển từ R7 C2 qua tx để tạo thời gian để mở van đưa qua biến áp xung khâu khuếch phát xung T1 điều khiển mở van T2 Hình 3.10: Sơ đồ khâu tạo xung Hình 3.11: Sơ đồ điện áp kênh điều khiển mạch điều khiển 3.4.3 Tính toán thông số mạch điêu khiển: Các thông số cần thiết: U dk = 1,5 - Điện áp điều khiển tiristor: V - Dòng điện điều khiển tiristor: - Thời gian mở tiristor: - Độ rộng xung điều khiển: - Tần số xung điều khiển: Idk = 150 mA t m = 40µs t x = 3.t m = 120 µs f x = 11 kHz ∆α = 4ο - Độ đối xứng cho phép: - Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U = ±12 s x = 0,15 V Mức sụt biên độ xung: a, Tính biến áp xung - Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc đăcj - ∆B = 0,3T ∆H = 30 - tính từ hóa có: ; A/m Tỷ số biến áp xung: thường m = (2-3), chọn m=3 - Điện áp cuộn thứ cấp biến áp xung: - Điện áp sơ cấp biến áp xung: - Dòng điện thứ cấp biến áp xung: - U = U dk = 1,5 V U1 = m.U = 3.1,5 = 4,5 Dòng điện sơ cấp biến áp xung: V I = Idk = 45 mA I 45 I1 = = = 15 m µ tb = - mA ∆B 0,3 = = 8.103 −6 µ ∆H 1, 25.10 30 Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: µ = 1,25.10 −6 Với (H/m) độ từ thẩm không khí V = Q.l = - Thể tích lõi sắt cần có: µ tb µ0 t x s x U1.I1 ∆B2 V= 8.103.1, 25.10−6.120.10−6.0,15.4,5.0,015 = 0, 28.10−6 0,32 m3 ( ) Theo bảng 1.5 – Tài liệu thiết kế, Bảng thông số loại lõi thép hình xuyến tròn Ta chọn mạch từ OA-16/20-3 tích: V = Q.l = 0,06.5,56 = 0,3336 Trong đó: Q – Tiết diện lõi thép hình xuyến l – Chiều dài trung bình lõi thép Với kích thước mạch sau: a = mm b = mm d = 16 mm D = 20 mm cm3 cm Q = 0,06 l = 5,56 cm Qcs = Hình 3.12: lõi thép hình xuyến - Số vòng dây quấn sơ cấp biến áp xung: Theo định luật cảm ứng điện từ: U1 = w1.Q dB ∆B = w1.Q dt tx U1.t x 7,5.45.10−6 w1 = = ≈ 188 Q.∆B 0,3.0,006,10−4 → → w2 = w1 = 188 / ≈ 63 m - Chọn mật độ dòng điện: Do biến áp xung làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại, nên ta chọn - Tiết diện dây quấn sơ cấp: J1 = J = A / mm S1 = I1 0,015 = = 3,75.10−3 J1 mm S2 = I 0,045 = = 0,01125 J2 mm - Tiết diện dây quấn thứ cấp: - Theo tài liệu thiết kế, thông số dây đồng tiêu chuẩn ta chọn loại dây: S1 + Sơ cấp: = 0,005 mm → d1 = 0,04 mm S2 = 0,01327 mm → d = 0,13 + Thứ cấp: - Kiểm tra lại hệ số lấp đầy: K ld = = mm w1.S1 + w S2 QCS 188.0,004 + 63.0, 23 = 0,076 200 Vậy hệ số lấp đầy cho ta thấy lõi thép chọn đủ không gian để quấn dây b, Tính tầng khuếch đại cuối cùng: Tr2 Chọn tranzitor công suất loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thông số: - Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si U CBO = 40 - Điện áp cực C cực B hở mạch Emitter: - Điện áp cực E cực B hở mạch Colector: V - Dòng điện lớn Colleccto chịu đựng: mA - Công suất tiêu tán Collecto: U EBO = I C max = 500 PC = 1,7 - Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: - Hệ số khuếch đại: - Dòng điện làm việc Colecto: W T = 175ο C β = 50 I C = I1 = 15mA V IB = - IC 15 = = 0,3 β 50 Dòng điện làm việc Bazo: mA Tr2 Ta thấy dòng làm việc collecto bazo nhỏ, nên ta cần tranzitor đủ khuếch đại cho biến áp xung, không cần phải mắc mạch khuếch đại theo sơ đồ Darlington R0 Chọn nguồn cấp cho biến áp xung: E = +12V ta phải mắc thêm điện trở nối tiếp với Tr2 cực E : R0 = E − U1 12 − 4,5 = = 500Ω I1 0,015 Tất điốt mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: Idm = 10 - Dòng điện định mức: - Điện áp ngược lớn nhất: - Điện áp để mở thông điốt: C2 c, Tính chọn tụ A U N = 25 Um = V V R7 điện trở : R7 - Điện trở Tr2 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazo R7 > UV Ib kiện: UV Trong đó: - Điện áp đưa vào từ tầng so sánh Ib - Dòng điện Bazo tranzitor khuếch đại U EBO = Do V , nên ta có lấy R7 > Khi đó: U V = 4,5 4,5 = 15 0,3.10−3 kΩ V R7 , chọn thỏa mãn điều Chọn R = 16 kΩ C2 R = t x = 120µs → C2 = tx 120 = = 0,0075 R 16.103 µF Chọn d, Tính tầng so sánh: Khuếch đại thật toán chọn loại TL084 Vcc = ±12 Trong nguồn nuôi U v ≈ 12V A3 V điện áp vào Ilv < Dòng điện vào hạn chế để R4 = R5 = R6 > Do chọn mA Uv 12 = = 12 Ilv 1.10−3 kΩ R = R = R = 15kΩ Nếu ta chọn A3 dòng vào I v max = 12 = 0,8 15.10−3 : mA e, Tính chọn khâu đồng pha: C1 Điện áp tụ hình thành nạp tụ , để đảm bảo điện áp tụ có nửa chu kỳ điện áp lưới tuyến tính số thời gian tụ nạp: T = R C1 = 0,005s R3 = C1 = 0,1µF Chọn tụ T 0,005 = = 50.103 Ω = 50kΩ −6 C1 0,1.10 điện trở R3 Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp đặt thường chọn biến trở Tr1 - chọn loại A564 có thống số sau: + Tranzitor loại npn làm Si U CBO = 25 + Điện áp Collecto Bazo hở mạch Qmito: V U EBO = + Điện áp Emito Bazo hở mạch Collecto: V lớn 50 kΩ Ic max = 100 + Dòng điện lớn collecto chịu đựng: mA ο Tcp = 150 C + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: β = 250 + Hệ số khuếch đại : IB = IC 100 = 0, β 250 + Dòng cực đại Bazo: mA R2 - Điện trở Tr1 để hạn dòng điện vào Bazo R2 ≥ chọn cho thõa mãn điều kiện: U N max 12 ≈ = 30 IB 0, 4.10−3 kΩ → R = 30 kΩ U df = - Chọn điện áp xoay chiều đồng pha: V R1 Điện trở A1 chọn để hạn chế dòng vào khuếch đại thuật toán Như trình A1 , A A3 bày khuếch đại thuật toán ±12 , chọn loại TL084, với nguồn nuôi V dòng vào hạn chế lớn mA R1 > Tức chọn: Chọn U df = =9 Iv 1.10−3 kΩ R = 10 kΩ f, Tạo nguồn nuôi: Thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp pha, trụ thép có cuộn dây hình 3.13, với cuộn sơ cấp bốn cuộn thứ cấp: - Cuộn cuộn cuộn dây đồng pha, cuộn dây cần lấy trung thực điện áp hình sin lưới Hình 3.13: Mạch tạo nguồn - Cuộn thứ 3: Cần tạo điện áp ±12 A1 A V (có ổn áp) để cấp nguồn nuôi cho IC, mà cụ thể , , A3 Để ổn định điện áp đầu nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912, với thông số vi mạch sau: U V = − 35 + điện áp đầu vào: V U = +12 + Điện áp đầu ra: với 7812 V U = −12 7912 V I = − + Dòng điện đầu ra: A + Các tụ điện C để lọc thành phần sóng hài bậc cao: µF Chọn C = 470 , U = 35 V - Cuộn thứ 4: Cuộn có nhiệm vụ tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho tiristor Mỗi phát xung điều khiển công suất xung đáng kể, nên nguồn cấp cho biến áp xung cần phải độc lập với nguồn cấp cho khuếch đại thuật toán để tránh bị sụt áp nguồn • Tính toán máy biến áp nguồn nuôi đồng pha: U 23 Điện áp lấy thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi IC: = 14 V Công suất tiêu thụ IC TL084 sử dụng làm khuếch đại thuật toán ta chọn IC TL084 có khuếch đại thuật toán, ta sử dụng IC cho kênh điều khiển cho mạch trừ để lấy đường hồi tiếp dòng điện (tính toán phần sau): PIC = 7.PIC = 7.0,68 = 4,76 W Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển tiristor: PX = 6.U dk Idk = 6.1,5.0,045 = 0, 405 W Điện áp pha thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi biến áp xung: U 24 = 12 = 8,51 1, 41 V U 21 = U 22 = U df = Điện áp lấy raowr cuộn đồng pha Dòng điện chạy qua cuộn dây chọn 10 mA Công suất cuộn dây dồng pha: V Pdf = 2.U df I X = 2.9.0,01 = 0,18 W Công suất sử dọng cho việc tạo nguồn nuôi: PN = Pdf + PX + PIC = 0,18 + 0, 405 + 4,765,345 W Công suất máy biến áp có kể đến 5% toản hao máy: S = 1,05.PN = 1,05.5,345 = 5,61 W 10 Dòng điện sơ cấp biến áp: I1 = S 5,61 = = 25,5 U1 220 mA 11 Tiết diện trụ tính theo công thức: Qt = k Q S m.f kQ = hệ thống phụ thuộc vào phương thức làm mát m = số pha f = 50 tần số lưới điện Q t = 5,61 = 0,58 1,50 cm 12 Chọn mật độ từ cảm B = T tụ ta có số vòng dây quấn sơ cấp: w1 = U1 220 = = 17086 4, 44.f B.Q t 4, 44.50.1.0,58.10 −4 13 Chọn mật độ dòng điện vòng J1 = J = 2,75 A / mm Tiết diện dây quấn sơ cấp: S1 = I1 0,0255 = ≈ 0,01 J1 2,75 Chọn dây có S1 = 0,01327 mm → d1 = 0,13 mm D n = 0,15mm Với đường kính kể cách điện: w 21 14 Số vòng dây quấn thứ cấp : w 21 = w U 21 = 17086 ≈ 699 U1 220 (vòng) w 23 15 Số vòng dây quấn thứ cấp : w 23 = w U 23 14 = 17086 ≈ 1087 U1 220 (vòng) w 24 16 Số vòng dây quấn thứ cấp : w 24 = w U 24 8,51 = 17086 ≈ 661 U1 220 (vòng) 17 Tính chọn điốt cho chỉnh lưu nguồn nuôi: - Với cuộn dây 3: Xét trường hợp có cuộn dây làm việc đó: I3 = S 5,61 = = 0, U 23 14 A Dòng điện qua van: ID = → I3 == 0, 2 A Idm = 10.I D = 10.0, = Dòng điện định mức van: A U n max = 2.U 23 = 2.14 = 18,8 Điện áp ngược van: Điện áp ngược van cần chọn: V U nv = k dtU U n max = 1,8.19,8 = 35,64 V k dtU = 1,8 Với hệ số dự trữ điện áp - Với cuộn dây 4: Xét trường hợp cuộn làm việc đó: I4 = S 5,61 = ≈ 0,66 U 24 8,51 A I D = 0,5.I = 0,33 Dòng điện qua van: → A Idm = 10.I D = 10.0,33 = 3,3 Dòng đinh mức van: A U n max = 2.U 23 = 2.8,51 = 12,03 Điện áp ngược van: V U nv = k dtU U n max = 1,8.12,03 = 21,66V Điện áp ngược van cần chọn: Để đơn giản ta chọn loại điốt đáp ứng yêu cầu dãy điốt Ta chọn loại điốt công suất MR2000 với thông số” I max = 20A + Dòng điện chỉnh lưu cực đại: U nv = 50 + Điện áp ngược điốt: V 3.4.3 Tính toán điện trở Sun hồi tiếp dòng điện: Idm = Ta sử dụng điện trở sun có dòng điện định mức: có giá trị điện trở sun 10( Ω R s12 = R s2 = R s3 = 10(Ω) ) sơ đồ hình vẽ: U0 Khi giá trị điện áp rơi điện trở sun tính theo: Id = U ∑ i =1 R si (A) mắc nối tiếp với tải acquy, U0 = → Id 1 + + R s1 R s2 R s3 Khi giá trị dòng điện ổn định 0,6(A), ta có: U0 = 0,6 =2 1 + + 10 10 10 Hình 3.14: Điện trở sun (V) Điện áp khâu đồng pha tạo điện áp cưa luôn 12V, với góc mở α = 10ο α max = 78,1ο U dk ta xác định dải điều chỉnh điện áp : ο α = 10 → U dk = 11,33 + Với V ο α max = 78,1 → U dk = 6,79 + Với V U dk = (6,8 − 11,3) Vậy - V Khi bắt đầu làm việc giả sử sức điện động acquy sụt giảm đến mức thấp α = α max = 78,1o - cho phép, góc mở van cực đại Trong trình nạp sức điện động cửa acquy tăng dần, tức dòng điện nạp giảm dần, để giữu cho dòng điện nạp ổn định phải tăng dần điện áp điều khiển tín hiệu phản hồi đươc qua mạch trừ sau: - Hình 3.15: Mạch trừ lấy hồi tiếp U dk Ta có biểu thức điện áp đầu : U dk = R 10 (R + R11 ) R 12 − 11 U R (R + R10 ) R8 Khi ta chọn giá trị điện trở sau: R = R = 10(kΩ) R10 = R11 = 1(kΩ) U dk = 7V Thì giá trị ban đầu TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ: Van động lực tirisstor: loại 2N6507 Lõi thép hình xuyến: loại OA-16/20-3 Transistor 1: loại A564 Transistor 2: loại 2SC9111 A1 , A , A , A 10 11 12 13 14 15 C1 = 0,1 µF : TL084 C = 0,0075 µF R = 500 Ω R = 10 kΩ R = 30 kΩ R = 50 kΩ R = R = R = 15 kΩ R = 16 kΩ R = R = 10 kΩ R10 = R 11 = kΩ U dk = (6,8 − 11,3) 16 V 17 Điốt mạch tạo nguồn: loại MR2000 18 Điốt mạch điều khiển: 1N4009 [...]... lựa chọn sơ đồ I – Chọn sơ đồ thiết kế ( Phân tích hoạt động, đánh giá ưu nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu, chọn sơ đồ hợp lí) Theo yêu cầu của đề bài thiết kế: ………………… Như vậy, nguồn cấp để nạp cho ắc qui là nguồn điện xoay chiều một pha Xét các phương pháp chỉnh lưu 1 pha: 1 Chỉnh lưu một nửa chu kì: Hình 2.1 CL một nửa chu kì Hình 2.2 Đồ thị U,I Ở sơ đồ chỉnh lưu này, điện áp ra bị gián đoạn trong... dòng điện qua tải là dòng một chiều Ưu điểm: - Cho dạng điện áp, dòng điện ra giống như các dạng đường cong của chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính Điện áp ngược của van phải chịu là: U nv = 2U 2 Nhược điểm: - Phải sử dụng nhiều van bán dẫn hơn, do đó tổng điện áp rơi trên van lớn hơn Việc điều khiển đồng thời các van khó khăn hơn 4 Chọn sơ đồ chỉnh lưu CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ NẠP... Khâu đồng pha: như hình: Hình 3.8: Sơ đồ khâu đồng pha R1 Điện áp từ biến áp được đưa qua trở A1 và qua khuếch đại thuật toán U B > 0 Tr1 B có dạng xung vuông, khi điện áp , R3 đóng, mạch tích phân (U Ra = − ∫ U v dt ) R 3 C1 cho điện áp đầu ra có dạng răng cưa , khi điện áp sẽ ngắn mạch và cho điện áp đầu ra là 0 - Khâu so sánh: Khâu so sánh nhận điện áp từ khâu đồng pha đưa sang R4 qua , tuy nhiện điện. .. một cuộn kháng lọc để khắc phục sự gián đoạn của dòng điện ứng với góc mở α nào đó để cho dòng điện qua tải (acquy) là dòng ổn định U d Id Đường cong điện và điện áp của tải (acquy) , được biểu diễn như hình vẽ Ta thấy khi có thêm cuộn kháng lọc thì dòng điện ra không bị gián đoạn mà là dòng liên tục 3.3 TÍNH TOÁN BIẾN ÁP VÀ THÔNG SỐ CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 3.3.1 Chọn van Hình 3.3: Sơ đồ mạch lực... đồ khối được nêu ở hình: Hình 3.6: Sơ đồ khối mạch điều khiển U RC Khâu đồng pha: có nhiệm vụ tạo điện áp tựa răng cưa , thông thường là điện áp tựa răng cưa dạng tuyến tính, trùng pha với điện áp anod của tiristor Khâu so sánh: nhận tín hiệu điện áp răng cưa và điện áp điều khiển, thực hiện công việc so (U RC = U dk ) sánh giữa 2 điện áp, và tại thời điểm hai điện áp bằng nhau thì phát xung điều khiển... ắc qui đã đạt đến 80%, lúc đó ta tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn dung dich điện phân Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự đầy Khi điện áp trên các bản cực của ắc qui bằng điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về 0, kết thúc quá trình nạp Chương 2: Phân tích, tính toán và...Từ các phân tích về tải ắc qui ta thấy: tải ắc qui là tải dung kháng, với đặc điểm là sức điện động của ắc qui tăng dần trong quá trình nạp, tức là nếu ra giữ điện áp không thay đổi thì dòng nạp sẽ giảm dần, làm quá trình nạp điện cho ắc qui kéo dài, do đó ta cần kiểm soát được dòng nạp cho ắc qui Thông thường ta nạp với 10% dòng dung lượng của ắc qui và giữ ổn định dòng trong... − 1 + Dòng điện đầu ra: A + Các tụ điện C để lọc thành phần sóng hài bậc cao: µF Chọn C = 470 , U = 35 V - Cuộn thứ 4: Cuộn này có nhiệm vụ tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho các tiristor Mỗi khi phát xung điều khiển công suất xung đáng kể, nên nguồn cấp cho biến áp xung cần phải độc lập với nguồn cấp cho các khuếch đại thuật toán để tránh bị sụt áp nguồn • Tính toán máy biến... 6.1,5.0,045 = 0, 405 W 4 Điện áp pha thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi biến áp xung: U 24 = 12 = 8,51 1, 41 V U 21 = U 22 = U df = 9 5 Điện áp lấy raowr cuộn đồng pha 6 Dòng điện chạy qua cuộn dây chọn 10 mA 7 Công suất các cuộn dây dồng pha: V Pdf = 2.U df I X = 2.9.0,01 = 0,18 W 8 Công suất sử dọng cho việc tạo nguồn nuôi: PN = Pdf + PX + PIC = 0,18 + 0, 405 + 4,765,345 W 9 Công suất của máy biến áp có... 2.8,51 = 12,03 Điện áp ngược van: V U nv = k dtU U n max = 1,8.12,03 = 21,66V Điện áp ngược của van cần chọn: Để đơn giản ta chọn cùng 1 loại điốt đáp ứng được cả yêu cầu của 2 dãy điốt trên Ta chọn loại điốt công suất MR2000 với các thông số” I max = 20A + Dòng điện chỉnh lưu cực đại: U nv = 50 + Điện áp ngược của điốt: V 3.4.3 Tính toán điện trở Sun hồi tiếp dòng điện: Idm = 6 Ta sử dụng 3 điện trở sun ... tuyến tính, trùng pha với điện áp anod tiristor Khâu so sánh: nhận tín hiệu điện áp cưa điện áp điều khiển, thực công việc so (U RC = U dk ) sánh điện áp, thời điểm hai điện áp phát xung điều khiển... sánh nhận điện áp từ khâu đồng pha đưa sang R4 qua , nhiện điện áp âm, tức đồ thị nằm trục hoành, để kéo đồ thị điện áp tựa vào cổng cộng R5 Điện áp điều khiển đưa U dk = U RC R6 vào so sánh qua... khiển công suất xung đáng kể, nên nguồn cấp cho biến áp xung cần phải độc lập với nguồn cấp cho khuếch đại thuật toán để tránh bị sụt áp nguồn • Tính toán máy biến áp nguồn nuôi đồng pha: U 23 Điện