PHÂN TÍCH U CẦU VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG NGHỆ NẠP ẮC QUI TỰ ĐỘNG I Giới thiệu chung ắc qui ắc qui nguồn cung điện chiều cho thiết bị điện công nghiệp đời sống hàng ngày Có nhiều loại ắc qui phổ biến thường gặp thực tế ắc qui chì ắc qui axit Đặc điểm cấu tạo ắc qui Cấu trúc ắc qui đơn gồm có phân cực dương, phân khối cực âm, ngăn Phân khối cực cực tên ghép lại với Cấu tạo cực ắc qui gồm có phần khung xương chất tác dụng trát lên Khung xương cực âm cực dương có cấu tạo giống nhau, chúng đúc từ chì có pha thêm ÷ % VÊu b¶n cùc ăng ti moang ( Sb ) tạo ChÊt t¸c dơng hình mắt lưới Phụ gia Sb Cèt b¶n cùc thêm vào chì làm tăng độ dẫn điện cải thiện tính đúc Trong thành phần chất tác dụng cịn có thêm khoảng % chất nở ( muối hưu ) để tăng độ xốp, độ bền lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện độ thấm sâu chất dung dịch điện phân vào lịng cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học cực tăng thêm Phần đầu cực có vấu, cực dương củamỗiắcqui đơn hàn với tạo thành khối cực dương, cực âm hàn với thành khối cực âm Số lượng cực ắc qui thường từ ÷ 8, bề dầy cực dương ắc qui thường từ 1,3 đến 1,5 mm , cực âm thường mỏng 0,2 ÷ 0,3 mm Số cực âm ắc qui thường nhiều số cực âm nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng cực Tấm ngăn bố trí cực âm dương có tác dụng ngăn cách tránh va đập cực Tấm ngăn làm vật liệu poly-vinylclo bề dầy 0,8 ÷ 1,2 có dạng lượn sóng , bề mặt ngăn có lỗ cho phéo dung dịch điện phân thơng qua Q trình biến đổi lượng ắc qui ắc qui nguồn lượng có tính chất thuận nghịch : tich trữ lượng dạng hố giải phóng lượng dạng điện Q trình ắc qui cấp điện cho mạch gọi q trình phóng điện, q trình ắc qui dự trữ lượng gọi trình nạp điện 2.1 Quá trình biến đổi lượng ắc qui axit Kí hiệu hố học biểu diễn ắc qui axit có dung dich điện phân axit H2SO4 nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3 % cực âm Pb cực dương PbO2 có dạng : (- ) Pb ⏐ H2SO4 d = 1,1 ÷ 1,3 ⏐ PbO2 ( + ) Phương trình hố học biểu diễn q trình phóng nạp ắc qui axit : phóng PbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O nạp Thế điện động e = 2,1 V 2.2 Quá trình biến đổi lượng ắc qui kiềm Kí hiệu hố học biểu diễn ắc qui kiềm có dung dich điện phân KOH nồng độ d = 20 % cực âm Fe cực dương Ni(OH)3 có dạng : ( - ) Fe ⏐ KOH d = 20% ⏐ Ni(OH)3 ( + ) Phương trình hố học biểu diễn q trình phóng nạp ắc qui kiềm : phóng Fe + 2NI(OH)3 nạp Fe(OH)3 + 2Ni(OH)2 Thế điện động e = 1,4 V Nhận xét : Từ điễu trình bầy ta nhận thấy trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân thay đổi Khi ắc qui phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Khi ắc qui nạp điện nồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do ta vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện ắc qui Các đặc tính ắc qui Sức điện động ắc qui chì ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm Eo = 0,85 + ρ (V) đó: Eo - sức điện động tĩnh ắc qui ( V ) ρ - nồng độ dung dịch điện phân 15 °C ( g/cm3 ) Trong trình phóng điện sức điện động ắc qui tính theo cơng thức : Ep = Up + Ip.rb : Ep - sức điện động ắc qui phóng điện ( V ) Ip - dịng điện phóng ( A ) Up - điện áp đo cực ắc qui phóng điện (V) rb - điện trở ắc qui phóng điện ( Ω ) Trong trình nạp sức điện động En ắc qui tính theo cơng thức : En = Un - In.rb : En - sức điện động ắc qui nạp điện ( V ) In - dòng điện nạp ( A ) Un - điện áp đo cực ắc qui nạp điện (V) rb - điện trở ắc qui nạp điện ( Ω ) Dung lượng phóng ắc qui đại lượng đánh giá khả cung cấp lượng ắc qui cho phụ tải, tính theo cơng thức : Cp = Ip.tp : Cp - dung dịch thu q trình phóng ( Ah ) Ip - dịng điện phóng ổn định thời gian phóng điện ( A ) - thời gian phóng điện ( h ) Dung lượng nạp ắc qui đại lượng đánh giá khả tích trữ lượng ắc qui tính theo cơng thức : Cn = In.tn : Cn - dung dịch thu trình nạp ( Ah ) In - dòng điện nạp ổn định thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h ) 3.1 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 dịng điện phóng khơng thay đổi Từ đặc tính phóng ắc qui hình vẽ ta có nhận xét sau: - Trong khoảng thời gian phóng từ = đến = tgh, sức điện động điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, nhiên khoảng thời gian độ dốc đồ thị khơng lớn, ta gọi giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với chế độ phóng điện ắc qui ( dịng điện phóng ) - Từ thời gian tghtrở độ dốc đồ thị thay đổi đột ngột Nếu ta tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh sức điện động ,điện áp ắc qui giảm nhanh Mặt khác tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành phản ứng có dạng thơ rắn khó hồ tan ( biến đổi hố học) trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau Thời điểm tgh gọi giới hạn phóng điện cho phép ắc qui, giá trị Ep, Up, ρ tgh gọi giá trị giới hạn phóng điện ắc qui ắc qui khơng phóng điện dung lượng cịn khoảng 80% - Sau ngắt mạch phóng khoảng thời gian nào, giá trị sức điện động, điện áp ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ ắc qui Thời gian hồi phục phụ thuộc vào chế độ phóng điện ắc qui ( dịng điện phóng thời gian phóng ) 3.2 Đặc tính nạp ắc qui Đặc tính nạp ắc qui đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động , điện áp nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp trị số dịng điện nạp khơng thay đổi Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét sau : - Trong khoảng thời gian từ tn = đến tn = tgh sức điện động, điện áp , nồng độ dung dịch điện phân tăng dần - Tới thời điểm ts bề mặt cực âm xuất bọt khí (cịn gọi tượng" sôi " ) lúc hiệu điện cực ắc qui đơn tăng đến 2,4 V Nếu tiếp tục nạp giá trị nhanh chóng tăng tới 2,7 V giữ nguyên Thời gian gọi thời gian nạp no, có tác dụng cho phần chất tác dụng sâu lòng cực biến đổi tuần hồn, nhờ làm tăng thêm dung lượng phóng điện ắc qui - Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ ÷ h suốt thời gian hiệu điện cực ắc qui nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Như dung lượng thu ắc qui phóngđiện nhỏ dung lượng cần thiết để nạp no ắc qui - Sau ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống ổn định Thời gian gọi khoảng nghỉ ắc qui sau nạp - Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng lớn đến chất lượng tuổi thọ ắc qui Dòng điện nạp định mức ắc qui In = 0,1C10 Trong C10 dung lượng ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện định mức In = 0,1C10 sau 10 ắc qui đầy Ví dụ với ắc qui C = 180 Ah ta nạp ổn dịng với dòng điện 10% dung lượng ( tức In = 18 A ) sau 10 ắc qui đầy Sự khác ắc qui chì ắc qui axit Cả hai loại ắc qui có đặc điểm chung tính chất tải thuộc loại dung kháng sức phản điện động Nhưng chúng cịn có số đặc điểm khác biệt sau : ắc qui axit - Khả tải khơng cao, dịng nạp lớn đạt tải Inmax = 20%C10 - Hiện tượng tự phóng lớn, ắc qui nhanh hết điện không sử dụng - Sử dụng rộng rãi đời sống cơng nghiệp, nơi có nhiệt độ cao va đập lớn địi hỏi cơng suất q tải vừa phải - Dùng xe máy , ôtô, động máy nổ công suất vừa nhỏ - Giá thành thấp ắc qui chì - Khả tải lớn dòng điện nạp lớn đạt tới 50%C10 - Hiện tượng tự phóng nhỏ - Với khả ắc qui kiềm thường sử nơi yêu cầu công cao tải thường xuyên sử dụng với thiết bị công suất lớn - Dùng công nghiệp hàng không, hàng hải nơi nhiệt độ hoạt động môi trường thấp - Giá thành cao 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 5.1 Phương pháp nạp ắc qui với dịng điện khơng đổi Đây phương pháp nạp cho phép chọn dịng nạp thích hợp với loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui no Đây phương pháp sử dụng xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui nạp sử chữa cho ắc qui bịi Sunfat hoá Với phương pháp ắc qui mắc nối tiếp phải thoả mãn điều kiện : Un ≥ 2,7.Naq Trong đó: Un - điện áp nạp Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc mạch Trong trình nạp sức điện động ắc qui tăng dần lên, để trì dịng điện nạp khơng đổi ta phải bố trí mạch nạp biến trở R Trị số giới hạn biến trở xác định theo công thức : R= U n − 2,0 N aq In Nhược điểm phương pháp nạp với dịng điện khơng đổi thời gian nạp kéo dài yêu cầu ắc qui đưa vào nạp có dung lượng định mức Để khắc phục nhược điểm 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 sơi Dịng điện nạp nấc thứ hai 0,1C10 5.2 Phương pháp nạp với điện áp không đổi Phương pháp yêu cầu ắc qui mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện nguồn nạp khơng đổi vaf tính ( 2,3 ÷ 2,5 ) V cho ngăn đơn Phương pháp nạp với điện áp khơng đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phương pháp ắc qui khơng nạp no Vì nạp với điện áp không đổi phương pháp nạp bổ xung cho ắc qui trình sử dụng 5.3 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 nạp ắc qui tự động tức trình nạp q trình biến đổi chuyển hố tự động diễn theo trình tự đặt sẵn ta chọn phương án nạp ắc qui phương pháp dòng áp - Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp hiệu suất nạp khoản thời gian tn = 8h tương ứng với 75÷80 % dung lượng ắc qui ta nạp với dịng điện khơng đổi In = 0,1C10 Vì theo đặc tính nạp ắc qui đoạn nạp dịng điện khơng đổi điện áp, sức điện động tải thay đổi, bảo đảm tính đồng tải cho thiết bị nạp Sau thời gian h ắc qui bắt đầu sơi lúc ta chuyển sang nạp chế độ ổn áp Khi thời gian nạp 10 h ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm ÷ h - Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp giống ắc qui axit khả tải ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dịng ta nạp với dịng nạp In = 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 cực ắc qui, lúc dịng nạp từ từ giảm khơng Kết luận : - Vì ắc qui tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động ắc qui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp dịng điện ắc qui tự động dâng nên khơng kiểm sốt làm sơi ắc qui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vùng nạp ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc qui Khi dung lượng ắc qui dâng lên đến 80% lúc ta tiếp tục giữ ổn định dịng nạp ắc qui sơi làm cạn nước Do đến giai đoạn ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp giữ ắc qui thực no Khi điện áp cực cuẩ ắc qui với điện áp nạp lúc dịng nạp tự động giảm khơng, kết thúc trình nạp - Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với dòng điện nạp khác + ắc qui axit : dòng nạp In = 0,1C10 ; nạp cưỡng với dòng điện nạp In = 0,2C10 + ắc qui kiềm : dòng nạp In = 0,2C10; nạp cưỡng với dòng điện nạp In = 0,5C10 - Từ phân tích ta rút số liệu sau: + Dòng nạp lớn Inmax = Idmax = 90 A + Điện áp Udmax = 64,8 V PHẦN II PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ I Chỉnh lưu điều khiển đối xứng sơ đồ cầu pha Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ gồm Tiristor chia làm hai nhóm: - Nhóm Katot chung : T1, T3, T5 - Nhóm Anot chung : T2, T4, T6 Góc mở α tính từ giao điểm nửa hình sin Giá trị trung bình điện áp tải Ud = 2π 5π +α π ∫ 2U sin θ d θ = +α Từ cơng thức ta thấy U Khi ta có U = d =U d max 6U π cos α cos α = π U d max Thay giá trị U d max = 64,8V ta có U = 27 , 68 V ... pháp Đối với yêu cầu đề nạp ắc qui tự động tức trình nạp q trình biến đổi chuyển hố tự động diễn theo trình tự đặt sẵn ta chọn phương án nạp ắc qui phương pháp dòng áp - Đối với ắc qui axit: Để... điện phân giảm dần Khi ắc qui nạp điện nồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do ta vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện ắc qui Các đặc tính ắc qui Sức điện động ắc qui. .. áp cực cuẩ ắc qui với điện áp nạp lúc dịng nạp tự động giảm khơng, kết thúc trình nạp - Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với dòng điện nạp khác + ắc qui axit : dòng nạp In = 0,1C10 ; nạp cưỡng với