Đồ án Thiết kế bộ nguồn nạp tự đông cho ác quy

chương 1 giới thiệu chung về ác quy 1: kháI niệm và cấu tạo của ác quy chì axít Khái niêm Ăc quy là nguồn điện hoá học là cơ cấu biến hoá năng thành điện năng. Trong đó xảy ra quá trình hoá học thuân nghịch. Sau khi đã phóng điện các sản phẩm của phản ứng có thể dễ dàng tái sinh lại chất hoạt động ban đầu bằng cách nối ác quy với nguồn điện một chiều khác sao cho chiều của nó ngược với chiều của quá trình sinh điện của ác quy ác quy chì axít có cấu tạo gồm : các lá cực dương, các lá cực âm, lá cánh, nắp, cầu nối, trụ cực và nút. 1.2.1. vỏ bình ác quy Được làm bằng nhựa cứng hay êbonit đúc liền khối, không dẫn điện va chịu được axít. Vỏ bình có các vách ngăn tạo thành các ngăn riêng cho từng ác quy đơn, ở đáy có các yên, các lá cực đặt lên yên để được bảo vệ không bị chập mạch điện do cặn chất hoạt động lắng xuống đáy bình. 1.2.2. Các lá cực Làm bằng hợp kim chì-antimoan hoặc hợp kim chì - Canxi. Các lá cực có gân dọc, ngang hoặc xiên tạo thành những ô chứa chất hoạt động là chì Dioxit(PbO2) ở cực dương và chì xốp (Pb) ở cực âm, tham gia trực tiếp vào các quá trình hoá học trong thời gian nạp điện và phóng điện. Để tăng số lượng chất hoạt động cùng một lúc tham gia vào các quá trình hoá học, Các ác quy chế tạo có nhiều lá cực cùng tên nối song song với nhau thành một chùm cưc. Các chùm cực có số lượng và kích thước lá cực phù hợp với dung lượng yêu cầu của từng loại ác quy. 1.2.3. Chùm cực dương và chùm cực âm Được lắp song song với nhau theo kiểu cài răng lược, cứ 11 lá cực dương đến một lá cực âm, ở giữa các lá cực là lá cánh để ngăn ngừa các lá cực chạm vào nhau ( chập mạch). Lá cánh cách điện nhưng để điện dịch them qua được để quá trình phản ứng nhóm nạp điện ác quy xẩy ra. Các chùm cực được đặt vào các ngăn của ác quy, mỗi ngăn là một ác quy đơn có điện áp danh định là 2 Volt. Các ngăn ác quy đơn hàn nối tiếp với nhau bằng cầu nối chì.Tuỳ theo yêu cầu người ta lắp vào bình có 3 ngăn để có 6 Volt và bình có 6 ngăn để có 12 Volt. 1.2.4. Nắp Đậy Nằm ở phía trên ngăn không cho bụi bẩn và các vật khác rơi vào ác quy, đồng thời ngăn không cho điện dịch trào ra ngoài. Trên nắp có các lỗ để đổ điện dịch và kiểm tra điện dịch có nút vặn chặt, nút có lỗ thông hơi. Sau khi lắp ráp ác quy, nắp được gián liền với vỏ bình. Để xác định cực ở các đầu cọc đươc đánh dấu “+” và “- “. 1.2.5.Dung dịch Dung dịch điện giải có thể dẫn điện. Trong dung dịch điện giải phân tử chất tan phân li than ion mang điện tích . Dung dịch H2SO4 trong nước H2SO4 2H+ + SO4-2 . Nồng độ dung dịch là hàm lượng chất tan trong một trọng lượng hoặc một thể tích xác định của dung môI hoặc dung dich. 1.3. Quá trình biến đổi năng lượng trong ác quy chì -axít ác quy 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 ác quy cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện, quá trình ác quy dự trữ năng lượng goi là quá trình nạp điện. Phản ứng hoá học xẩy ra trong quá trình phóng, nạp điện ác quy PbO2 + 2H2SO4 + PB PbSO4 +2H2O + PbSO4 Trong đó : PbO2, cực dương H2SO4, dung dịch điện phân Pb , là cực âm PbSO4, là cực dương H2O, dung dịch điện phân PbSO4, cực âm 1.3.1. Quá trình nạp điện cho ác quy Nối nguồn điện 1 chiều vào 2 đầu cực của ác quy. Dòng điện một chiều sẽ được khép kín mạch qua ác quy và dong điện đó đi qua ác quy và dòng điện đó đi theo chiều từ cực dương (+) của nguồn một chiều đến đầu cực dương của ác quy đến chùm bản cực dương của ác quy sau đó đến dung dịch điện phân đến chùm bản cực âm của ác quy đến đầu cực âm của ác quy đến cực âm (-) của nguồn một chiều. Hình 1.1 Sơ đồ phả ứng hoá học quá trình nạp Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân bị phân li . H2SO4 à2H+ + SO4-- Cation H+ theo dòng điện đi về phía chùm bản cực âm của ác quy nối với cực âm của nguồn điện một chiều và tạo ra phản ứng tai đó. 2H+ + PbSO4--> H2SO4 + Pb Anion SO4 chạy về phía chùm bản cực dương của ác quy nối với cực dương của nguồn một chiều và tạo ra phản ứng tại đó. PbSO4 + 2H2O + SO4-- à PbO2 + 2H2SO4 Kết quả: Chùm bản cực dương của ác quy được nối với cực dương của nguồn một chiều tạo thành chì oxít (PbO2).Chùm bản cực bên kia có chì (Pb).Như vậy 2 loại chùm bản cự đã có sự khác nhau về cực tính. Ta thấy rằng quá trình nạp điện đã tạo ra một lượng axít sunpuric bổ xung vào dung dịch điện phân, đồng thời trong quá trình nạp điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân một lượng khí Hydro (H2) và Oxy ( O2), lượng khí này sủi lên như bọt nước và bay đi do đó nồng độ dung dịch điện phân trong quá trình nạp được tăng lên. ác quy là được coi nạp đầy điện khi quan sát thấy dung dịch điện phân sủi bọt đều ( sôi), lúc đó có thể cắt nguồn nạp , xem như quá trình nạp đã hoàn thành. 1.3.2. Quá trình phóng điện của ác quy Nối 2 đầu cực của ác quy đã được nạp điện với một phụ tải thì năng lượng điện đã được tích luỹ trong ác quy sẽ phóng qua phụ tải , phụ tải được cấp điện. Dòng điện trong ác quy sẽ đI theo chiều : Từ cực dương (+) của ác quy à Phụ tải à cực âm của ác quy à dung dịch điện phânà cực dương của ác quy. Hình 1.2 Sơ đồ phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình phóng điện của ác quy. - Quá trình phóng điện của ác quy, phản ứng hoá học xảy ra trong ác quy. Tại cực dương của ác quy PbO2 + 2H+ + H2SO4 + 2e à PbSO4 + 2H2O Tại cực âm của ác quy Pb + SO4-- à PbSO4 + 2e Thế điện động e = 2V. - Như vậy khi ác quy phóng điện, chì (PbSO4) lại được hình thành ở hai chùm bản cực của ác quy làm cho các bản cực dần dần trở lại giống nhau còn dung dịch axít bị phân tích thành Cation 2H+ , Anion SO4- , đồng thời trong quá trình phóng điện của ác quy cũng tạo ra nước trong dung dịch điện phân, và sức điện động của ác quy cũng giảm dần. 1.4. Các thông số của ác quy 1.4.1. Sức điện động Sức điện động là nguyên nhân sinh ra dòng điện trong nguồn điện hoá học. Giá trị của sức điện động bằng hiệu đại số các bước nhảy điện thế trên những điện cực hở mạch. Trong đó : E0 là sức điện động : thế điện cực chuẩn (+) và (-). Với ác quy chì axít E0 = 1,685V -(-0,356 V) = 2,041 (V) Sức điện động phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dung dịch điện giải: Trong đó : E : Sức điện động nguồn R : Hằng số khí Lý tưởng T : Nhiệt độ tuyệt đối n : Số điện tử trao đổi F : số Faraday 1.4.2. Điện thế của ác quy - Điện thế khi nạp Un = E + Epcn + In.rn - Điện thế khi phóng Up = E - Epop –In.rn Trong đó : E : Sức điện động của ác quy Epno, Epop : Sức điện động phân cực khi nạp, phóng rn, rp :Điện trở trong khi nạp phóng Khi nạp và phóng điện, điện trở trong ít thay đổi theo thời gian. Chỉ sức điện động phân cực là thay đổi lớn. Do vậy khi nạp Un phải tăng hơn để thắng 2 trở lực Epon, và In, rn và ngược lại Up bị giảm bớt do mất điện thế Epon, và In, rn. Sự phân cực trong ác quy phụ thuộc vào nhiệt độ , nồng độ axít, mật độ dòng điện cấu tạo nên điện cực…Vì vậy khi nạp và phóng điện trong những điều kiện khác nhau thì điện thế thay đổi khác nhau. Đường cong phóng điện , nạp điện. Hình 1.3 sơ đồ dường cong phóng điện, nạp điện Ip1> Ip2> Ip3> Ip4> Ip5 In1> In2> In3> In4> In5> In6 1.4.3. Điện trở của chất dẫn điện Trong đó : R : Điện trở (ôm) : Điện trở suet (mm2/m) S : Tiết diện chất dẫn điện (m) l : Chiều dài chất dẫn điện (m) Đối với ác quy R của dung dịch H2SO4 có ý nghĩa rất lớn ( R phụ thuộc vào nồng độ H2SO4 và nhiệt độ điện dịch). 1.4.4. Năng lượng Năng lượng của nguồn điện hoá học bằng tích số của dung dịch với điện thế bình. A = C.Utb = I.t.Utb Trong đó : A: Năng lượng nguồn (Wh) C : Dung lượng (Ah) Utb : Điện thế trung bình (V) I : Dòng điện (A) T :THời gian ( giờ) * Dung lượng nạp là lượng điện cần thiết để nạp điện cho ác quy ở điều kiện nhất định cho đến khi ác quy được nạp điện hoàn toàn. * Dung lượng phóng là lượng điện ác quy nó có thể cung cấp ở điều kiện nhất định cho đến khi điện thế giảm nhanh xuống điện thế yêu cầu . * Dung lượng nạp (Cn) lớn hơn dung lượng phóng (Cp) . Vì dung lượng nạp ngoài tích trữ điện năng còn phai cung cấp điện năng cho : phản ưng phân huỷ nước, toả nhiệt Junluxơ, phản ưng phụ trên hai điện cực. * Cách tính dung lượng (C). Nếu nguồn điện phóng với dòng không đổi thì C = Ip.t (Ah) Trong đó : Ip : trị số dòng điện phóng A T : thời gian phóng (h) Dung lượng của ác quy phụ thuộc vào cấu trúc , cấu tạo của ác quy, số lượng , chiều dày của các tấm bản cực, vật liệu làm tấm ngăn , độ xốp của chất tác dụng, cấu tạo khung xương của các tấm bản cực và một số yếu tố khác. 1.4.5 Tự phóng điện Trong khi cất giữ nguồn điện hoá học dung lượng của chúng bao gời cũng giảm. Hiện tượng mất mát dung lượng một cách vô ích khi mạch ngoài hở gọi là hiện tượng tư phóng điện. Chỉ số tự phóng điện tính bằng % dung lượng mất đi trong đơn vị thời gian. Trong đó : Co, Cn : Dung lượng trước và sau ngày bảo quản N : Số ngày bảo quản Có 3 dạng tự phóng điện : + Tự phóng điện tự nhiên không có tạp chất + Do tạp chất lẫn vào chất hoạt tính và dung dịch ác quy + Do chập mạch cục bộ 1.5. Các đặc tính cơ bản của ác quy 1.5.1. Đặc tính phóng điện của ác quy Đặc tính phóng điện của ác quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp của ác quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng phóng không thay đổi (Ip= cosnt) Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý Hinh1.6 Đưòng đặc tính phóng điện của ác quy Trong thời gian phóng điện từ t=0 đến t = tgh ( thời gian phóng tới hạn), với dòng điện không đổi, sức điện động, điện áp và nồng độ dung dịch của ác quy giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian độ dốc các đồ thị không lớn lắm, ta gọi là thời gian phóng ổn định hoặc thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện ( dòng điện phóng ) của ác quy. Từ thời điểm t tgh trở đI, độ dốc của các đồ thị thay đổi đột biến. Nếu ta tiếp tục cho ác quy phóng điện, sau thời gian t > tgh thì sức điện động và điện áp của ác quy giảm rất nhanh, mặt khác các tinh thể sunpat chì (PbSO4) tạo thành trong quá trình phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan trong quá nạp điện trở lại cho ác quy sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn thời gian phóng điện cho phép của ác quy, các giá trị Eaq, Up, y tại thời điểm tgh gọi là các giá trị tới hạn của ác quy. Sau khi đã ngắt mạch phóng điện một thời gian, các giá trị sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian phục hồi hay khoảng nghỉ của ác quy. Thời gian phục hồi của ác quy phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ác quy phụ thuộc vào dòng phóng , thời gian phóng. 1.5.2. Đặc tính nạp Đặc tinh nạp của ác quy là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sức điện động điện áp của ác quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp với trị số dòng không đổi. Hình 1.7 sơ đồ nguyên lý Đường đặc tính nạp của ác quy Trong khoảng thời gian từ t = 0 đến t= ts ( ts là thời điểm khi dung dịch điện phân bắt đầu sủi bọt khí – sôi ). Sức điện động điện áp của ác quy và nồng độ dung dịch điện phân tăng dần theo thời gian nạp. Tới thời điểm ts lúc này hiệu điện thế giữa các cực ác quy đơn đạt tới giá trị 2,6 V . Nếu tiếp tục nạp, giá trị nạp nhanh chóng đạt tới giá trị 2,7 V và giữ nguyên giá trị đó, thời gian này gọi là thời gian nạp no. Trong quá trình khai thác và vận hành, thời gian nạp no cho ác quy kéo dài trong khoảng ( 2à 3 h), trong suốt quá trình đó, hiệu điện thế trên các cực của ác quy và nồng độ dung dich điện phân không thay đổi. Như vậy dung lương thu được khi ác quy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no cho ác quy. Sau khi cắt mạch, sức điện động và điện áp của ác quy và nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và giữ ổn định. Thời gian này gọi là thời gian nghỉ của ác quy, trị số dòng nạp ảnh hưởng rát lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ác quy. Dòng điện nạp định mức đối với ác quy là 0,007C10 . 1.6. Phương pháp nạp điện cho ác quy Nạp điện cho ác quy là tích trữ năng lượng cần thiết cho ác quy để chúng có thể cung cấp được dung lượng lớn nhất hoặc ổn định trong quá trình sử dụng hoặc bảo quản. Có 3 phưong pháp nạp điện cho ác quy: + Nạp với dòng điện không đổi . + Nạp với điện áp không đổi. + Nạp với phương pháp dòng điện và điện áp không đổi. 1.6.1. Phương pháp nạp với dòng không đổi ( I = const) * Định nghĩa : Phương pháp nạp ác quy với dòng không đổi là phương pháp mà trong suốt qua trình nạp dòng điện nạp luôn ổn định trong khi thay đổi điện áp nạp. * Tính chất : phương pháp nạp với dòng không đổi cho phép chọn dòng nạp thích hợp với mỗi ác quy đảm bảo cho ác quy dược nạp no vì dòng nạp được xác định bởi công thức (1-1) Mà trong khi nạp Eaq tăng lên dần nên muốn In không đổi trong suốt quá trình nạp phải tăng dần hiệu điện thế Un. Do đó nguồn nạp cần thay đổi được hiệu điện thế ( Un) hoặc có thêm biến trở nối tiếp với ác quy . Phương pháp này các ác quy được mắc nối tiếp với nhau và thoả mãn điều kiện Un 2,7 Naq (1-2) Trong đó : Naq là số ngăn đơn ác quy trong mạch nạp Un Điện áp nạp khi nạp với phương pháp này các bình ác quy có cùng dung lượng định mức, nếu không phải chọn dòng nạp theo ác quy có dung lượng nhỏ nhất, do đó ác quy lớn sẽ phải nạp lâu * ứng dụng Phương pháp này được sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng , sửa chữa để nạp điện cho các ác quy mới hoặc nạp sửa chữa cho ác quy bị sunfat hoá * ưu nhược điểm Phương pháp này cho phép nạp lẫn lộn cả ác quy mới hoặc nạp sửa chữa cho ác quy bị sunfat hoá, vì dòng nạp trong suốt quá trình được ổn định mà Eaq tăng trong khi nạp do đó cung phải tăng dần Uaq * Nhược điểm : thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ác quy phải cung dung lượng, do ta chọn dòng nạp nhỏ nhất . 1.6.2. Phương pháp nạp với điện áp không đổi * Định nghĩa : Là phương pháp nạp mà trong suốt quá trình nạp điện áp nạp luôn không đổi và được tính bằng ( 2,3 2,5 ) V cho mỗi ngăn ác quy đơn * Tính chất + Yêu cầu các ác quy mắc song song nguồn nạp + Dòng cho mỗi ác quy là khác nhau tuỳ từng trạng thái ác quy đem nạp * ứng dụng : là phương pháp được sử dụng phổ biến cho việc nạp điện cho ác quy trên ôtô xe máy . * ưu điểm : Phương pháp này thời gian nạp ngắn do dòng ban đầu lớn, ít tốn công, dòng nạp tự động giảm theo thời gian , nạp thích hợp cho ác quy nạp bổ xung. Nhược điểm : Phương pháp này không thể nạp cùng một lúc ác quy cũ và ác quy mới . 1.6.3. Phương pháp nạp với dòng điện và điện áp không đổi. đây là phương pháp nạp kết hợp giữa hai phương pháp dòng và áp nó có được ưu điểm của cả hai phương pháp trên. Các bình ác quy được mắc với nhau thành một nhóm rồi mắc song song các nhóm lại với nhau, mắc vào nguồn nạp. Khi đó điện áp nạp cần cấp cho mạch nạp sẽ bằng điện áp của các bình ác quy nối tiếp và băng điện áp chỉnh lưu Un = Ud = N.Un* Dòng điện nạp cấp cho mạch sẽ bằng dòng điện của các nhánh mắc song song In = M.In* 1.7. Các phương pháp mắc ác quy 1.7.1. Cách mắc ác quy nối tiếp nhau. Hình 1.8 sơ đồ nguyên lý mạch nạp Hình 1.9. Đường đặc tính nạp Khi các ác quy mắc nối tiếp các bình ác quy thì điện áp nạp cho mỗi ác quy là Un = Ud = N.Un* Trong đó : Un* Điện áp cho mỗi bình ác quy N số bình ác quy được mắc nối tiếp nhau Dòng điện nạp cho mỗi ác quy In = Id Như vậy phương pháp nạp với các bình ác quy mắc nối tiếp nhau nên ta áp dụng với các bình ác quy có cung dung lượng nhưng điện áp có thể khác nhau. Do đó trong trường hợp này bộ nguồn nạp tối ưu của một bình còn điện áp thì bằng tổng điện áp các bình ác quy được nạp. 1.7.2. Cách mắc ác quy song song. Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý Khi mắc song song các bình ác quy ta mắc mỗi nhánh một bình ác quy In = M.In* Trong đó : M - Số nhánh ác quy mắc song song In* - Dòng điện nạp cho mỗi nhánh Do đó các ác quy mắc song song dòng điện của nguồn nạp bằng tổng dòng điện các nhánh Ud = Un Do điện áp một nhánh bằng điện áp một bình ác quy nên điện áp này là nhỏ nên ta không thể lấy trực tiếp từ lưới thông qua việc điều chỉnh góc mở trên dải diện áp chỉnh lưu thông qua chỉnh lưu từ lưới điện UFa . Phương án này cần có biến áp để lấy ra cấp điện áp trước khi đưa vào cầu chinh lưu . Như vậy phương nạp bằng điện áp không đổi nên áp dụng cho các bình ác quy có cùng điện áp nhưng dung lượng có thể khác nhau . 1.7.3. Các mắc ác quy hỗn hợp Các bình ác quy được mắc với nhau thành một nhóm rồi mắc song song các nhóm lại với nhau, mắc vào nguồn nạp. Khi đó điện áp nạp cần cấp cho mạch nạp sẽ bằng điện áp của các bình ác quy nối tiếp và băng điện áp chỉnh lưu Un = Ud = N.Un* Dòng điện nạp cấp cho mạch sẽ bằng dòng điện của các nhánh mắc song song In = M.In* Kiểu mắc này là sự kết hợp của hai kiểu mắc trên làm cho dòng nạp và điện áp nguồn nạp không chênh lệch và việc tính toán chọn các van đơ giản hơn. Trong các cách bố trí ác quy , để nạp điện như trên cách bố trí các bình nối tiếp và cách bố trí các bình hỗn hợp tuỳ thuộc vào số lượng các bình ác quy được nạp mà ta có thể không cần sử dụng tới máy biên áp lực cấp cho mạch chỉnh lưu mà thông qua việc chỉnh lưu trực tiếp tư lưới Hình 1.11. Sơ đồ mắc hỗn hợp các bình ác quy Chương 2 THiết kế và tính toán bộ nguồn nạp Số liệu ban đầu : Thiết kế bộ nguồn nạp tư động cho ác quy trong phân xương đại tu ôtô với 8 bình ác quy tham số 24 V, 250 Ah 2.1.Chọn phương pháp nạp và sơ đồ mạch nạp Việc bố trí các ác quy để nạp rất quan trọng như ơ chương 1 đã nêu ta có 3 phương pháp nạp. + Nạp với dòng không đổi + Nạp với điện áp không đổi. + Nạp với phương pháp dòng áp Với số liệu 8 bình ác quy tham số 24 V , 250 Ah. Ta chọn cách nạp theo phương pháp nạp dòng áp, bởi có những ưu điểm sau. + Khống chế được dòng nạp, đảm bảo độ bền cho ác quy. + Đảm bảo cho ác quy đựoc nạp no, đúng yêu cầu công nghệ. + Quá trình nạp được tự động hoá dễ dàng với độ tin cậy cao. + Thời gian nạp ngắn hơn các phương pháp khác. Sơ đồ mạch nạp Hình 2.1. Sơ đồ bố trí cácbình ác quy 2.2. Tính toán thông số của nguồn nạp Các bình ác quy 24 V sẽ có 24/2 = 12 ngăn Mỗi ngăn nạp đầy đặt điện áp là 2,7 V. Nên điện áp nạp đày mỗi bình ác quy là : 12*2,7=32,4 V Vậy ta chọn điện áp nạp lớn nhất cho mỗi bình ác quy là Un* = 33 (V); Như vậy điện áp nguồn nạp là : Un = Ud = N*Un* = 2*33 = 66 (V) Dòng điện qua mỗi nhánh song song là: In* = 0,07* 250 = 17,5 (A) Dòng nạp của bộ nguồn : In = Id = M*In* = 4*17,5 = 70 (A) Công suất bên tải Pd = Id*Ud = 70*66 =4620 ( W) 2.3. Lựa chọn phương án chỉnh lưu Để cung cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế bộ chỉnh lưu( BCL) dung để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều. Vì bộ nguồn nạp ác quy phải đảm bảo được yêu cầu là tư động thay đổi giá trị điện áp trung bình nên ở đây em chỉ xét 2 phương án chỉnh lưu là: + Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. + Chỉnh lưư cầu ba pha điều khiển không đối xứng. 2.3.1. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng Hình 2.2. Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng Sơ đồ cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 2.2 có thể coi như 2 sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha mắc ngược chiều nhau, nhóm Anod (NA) ba tiristor T1, T3, T5, tạo thành một điện áp chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp dương. Nhóm catod (NK) T2, T4, T6 tạo thành một chỉnh lưu tia cho điện áp âm, hai chỉnh lưư này ghép lại thành chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy tư pha này đến pha kia, do đó tại mỗi thơi điểm cần mở tiristor đòi hỏi phải cấp hai xung điều khiển đồng thời ( một ở nhóm NA, một ở nhóm NK). Khi cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn. ví dụ trong khoảng từ t1 à t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn dòng điện chạy từ A về B qua T1, T4. Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van này (NA hay NK) thì sẽ có hai van của nhóm kia đỏi chỗ cho nhau. điêu này có thể thấy rõ trong khoảng t1à t3 như hình vẽ 2.3.2 nhóm NA có T1 dẫn nhưng trong nhóm NK, T4 dẫn trong khoản t1àt2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2à t3. Điện áp ngựoc các van phảI chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ băng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá. Ta có thể láy ví dụ cho van T1 đường cong cuối cùng của hình 2.32 trong khoảng t1à t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, Trong khoảng t3à t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA đến khoảng t5à t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược Uca. Hình 2.3. Giản đồ các đường cong cơ bản Khi điện áp liên tục như đường cong Ud trên hình 2.3 trị số điện áp tải được tính theo công thức Ud = Udo. Cosα Khi góc mở các tiristor lớn lên tới góc α > 600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình 2.3( cho trưòng hợp góc mở các tiristor α = 900 với tải thuần trở ) . Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia là do các van dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây dặt lên chúng ( các đường nét mảnh trên giản đồ Ud của các hình 2.3.2 cho tới khi điện áp dây đổi dấu. Các van bán dẫn sẽ phân cực ngược nên chung tự khoá. Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng là cầu mở đồng thời hai tiristor, theo đúng thứ tự pha, do đố gây không ít khó khăn khi chế tạo và vận hành, sửa chữa. 2.3.3. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm ( NA hoặc NK ) có điều khiển và một nhóm không điều khiển như hình 2.3 Hình 2.4. Sơ đồ động lực chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng α < π/3 α > π/3 Hình 2.5. Giản đồ các đường cong Trên hình 2.5. mô tả giản đồ điện áp chỉnh lưu Uf , sang điện áp tải Ud, khoảng dẫn các van bán dẫn T1, T2, T3, D1, D2, D3. Các tiristor từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở tiristor của pha kế tiếp . ví dụ T1 dẫn từ t1 (thời điểm phát xung mở T1 ) tới t3 ( thời điểm phát xung mở T2 ) trong trường hợp điện áp tải gián đoạn tirirtor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu . Các Diot tự động dẫn khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4 à t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t5à t6 và từ pha C về pha A trong khoảng t5à t6. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các tiristor < 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn. Theo dạng sóng điện áp tải, trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới giá trị 1800. Ngưòi ta có thể coi điện áp trung bình tren tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha. Utb = Điều khiển các tiristor trong chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng dễ dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn . Khác với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng trong sơ đồ này việc điều khiển các van bán dẫn được thực hiện đơ giản. Ta có thể coi mạch của bộ chỉnh lưu này như điều khiẻn một chỉnh lưu tia ba pha. Chỉnh lưu cầu ba pha hiên nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. 2.4. Phân tích chọn phương án chỉnh lưu Qua những trình bày ở phân trên ta nhận thấy mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng vì có nhưng ưu điểm sau: + Điều khiển các van bán dẫn thực hiện đơn giản . + Giá thành rẻ hơn vì dùng ba Điot thay cho tiristor + chất lưọng điện áp tốt, hiệu suất sử dụng biến áp tốt. Vì vậy em quyết định sử dụng phương án dùng chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng. Chương 3 THiết kế và tính toán mạch lực Hình 3.1. Sơ đồ mạch lực bộ nguồn nạp 3.1. Tính chọn Các thiết bị trong mạch lực ( theo hình 3.1) 3.1.1 Tính chọn tiristor * Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu Ungmax= Knv. U2 = Knv . Knv, Ku là các hệ số điện áp ngược và điện áp tải Tra bảng 1.1 sách thiết Điện Tử Công Suất tác giả Trần văn thịnh ta có: Knv = , Ku = V + Điện áp ngựoc của tiristor cần chọn Ungv = Kdtu . Ungmax = 1,.8. 69,08=124,3(V) Kdtu : là hệ số dự trữ điệ áp ( Kdtu > 1,6) chọn Kdtu = 1,8 + Dòng điện hiệu dụng làm ciệc của van Ilv = Ihd = Khd. Id Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng Tra bảng 1.2 sách thiết Điện Tử Công Suất tác giả Trần văn Thịnh ta có : Khd = Ilv = Ihd = Khd. Id = = 40,04 (A) Dòng định mức van là : Iđm = ki . Ilv = 3,2.40,4 = 129,3 (A) (Ki là hệ số dự trữ dòng điệ chọn Ki = 3,2 ) Từ các thông số định Ungv, Iđmv, ta chọn 3 tiristor loại H150TB02L00 do Mỹ chế tạo có thông số + Điện áp ngược của van Un = 200 V + Dòng định mức của van Iđm = 150 A + Đỉnh xung dòng điện Ip = 3000 A + Dòng điện của xung điều khiển Iđv = 0,15 A + Điện áp xung điều khiển Uđk = 1,4 V + Dòng điện rò Ir = 0,02 A + sụt áp trên Tiristor + Dòng điện dự trữ Ih = 0,05 A + Tốc độ biến thiên điện áp + Tốc độ biến thiên dòng điện + Thời gian chuyển mạch tcm = 15 Ms + Nhiệt độ làm việc cho phép Tmax = 1250C 3.1.2. Tính chon các Điôt Cùng với các hệ số dự trữ điện áp và dòng điện như trên ta tra bảng D1 sách TKĐTCS Trần Văn Thịnh ta chọn được 3 điôt loại 200HFR20M. + Dòng điện chỉnh lưu cực đại