Phân tích yêu cầu và giới thiệu chung về công nghệ nạp ắc qui tự động

động tốt, độ tin cậy cao khi điện áp nguồn thay đổi giá trị biên độ . Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện ra tải và bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố quá dòng hay ngắn mạch tải. 2. Nguyên tắc điều khiển. Để điều chỉnh góc mở của các Tiristor trong nửa chu kì điện áp dương ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển : Thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos. a. Nguyên tắc điều chỉnh thẳng đứng tuyến tính Theo nguyên tắc này ta dùng hai điện áp : - Điện áp đồng bộ , có dạng răng cưa, đồng bộ với điện áp đặt trên Anốt và Katốt của Tiristor, kí hiệu là Ur . - Điện áp điều khiển là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ, kí hiệu là Uc Dạng đồ thị được biểu diễn như hình sau : Tổng đại số của Ur + Uc được đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng cách làm biến đổi Uc ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra tức là thời điểm điều chỉnh góc α . Khi Uc = 0 ta có α = 0 Uc 0 Quan hệ giữa α và Uc được biểu diễn qua công thức sau : maxr c U Uπα = Người ta thường chọn Ur max = Uc max b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS Theo nguyên tắc này người ta cũng dùng cả hai điện áp để điều chỉnh góc mở α của Tiristor. - Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng ( âm và dương ). Ur Uc Ur Ur + Uc α α ϖt uc - Điện áp đồng bộ Ur vượt trước điện áp UAK của Tiristor một góc bằng 2 π Nếu UAK = A.sinωt Thì Ur = B.cosωt Dạng đồ thị được biểu diễn như hình sau: Từ điện áp UAK ta tạo ra Ur . Tổng đại số Ur + Uc được đưa đến đầu vào khâu so sánh. Khi Ur + Uc = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh: Uc + Bcosα = 0. Nên )arccos( B U c−=α . Chọn B = Ucmax Khi đó Uc = 0 ta có α = π/2 Uc = Ucmax α = π Uc = -Ucmax α = 0 II. Sơ đồ khối và chức năng Dựa trên nguyên tắc điều khiển và yêu cầu của công nghệ ta thiết lập được sơ đồ khối của bộ điều khiển Ung ĐF SS KĐ Tạo xung Uc 0 Ur Ur + Uc α Uc ϖt Uđk Trong đó: Ung : Điện áp nguồn Uđk : Điện áp điều khiển - Khâu đồng pha ( ĐF ) có nhiệm vụ tạo điện áp trùng pha với điện áp anôt của Tiristor. Tín hiệu đồng pha thường có các dạng sau: + Răng cưa + Chữ nhật + Thang + Cosin - Khâu so sánh có nhiệm vụ giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau ( Uđk = Urc ). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung đầu ra để gửi sang tầng khuyếch đại và tạo xung - Khối khuyếch đại và tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor. Xung mở Tiristor có yêu cầu : Sườn trước đốc thẳng đứng để đảm yêu cầu mở tức thì khi có xung điều khiển ( Thường là xung kim hoặc xung chữ nhật ) đủ độ rộng xung với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Tiristor đủ công suất cách ly mạch điều khiển và mạch động lực ( vì điện áp mạch động lực quá lớn ). III. Mạch điều khiển. I. NGUYÊN TẮC ỔN ÁP ỔN DÒNG: Mạch nạp ác quy tự động phải sử dụng hai nguyên tắc: 1. Ổn dòng trong giai đoạn đầu của quá trình nạp. 2. Ổn áp trong giai đoạn nạp ác quy no. Muốn thực hiện được điều này ta phải biết được chế độ ổn áp và ổn dòng của bộ chỉnh lưu. Trong trường hợp này ta xét bộ chỉnh lưu mmột pha- 2 1 chu kỳ Z t¶i§K B§ U®Æt 1. Nguyên tắc ổn dòng: Ban đầu bộ chỉnh lưu chạy không tải với điện áp không tải U0 . Khi nối tải dòng điện qua tải quá độ tăng dần tới giá trị ổn định. Tại đây bộ biến đổi thực hiện quá trình ổn dòng như sau: a) ổn dòng theo sườn trước: Nguyên tắc điều khiển Uđk = Ud + Uf _Ban đầu điện áp ra của bộ chỉnh lưu là điện áp không tải Ud = U0, Id = 0 khi nối tải vào dòng điện Id tăng dần kéo theo điện áp phản hồi Uf tăng. Do Uđk = Uf + Ud Nên Uđk tăng dẫn tới điện áp ra của bộ chỉnh lưu giảm dần. Do Ud giảm dần làm tốc độ tăng dòng điện giảm cho tới khi Id = Iôd . Tại giá trị ổ định Id0 điện áp bộ chỉnh lưu là U0đ _Nếu vì một lý dô nào đó dòng điện tăng hơn I0đ → Uf tăng → Uđk tăng làm điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu giảm xuống Ud < U0đ. Chính vì điều này làm dòng điện chỉnh lưu giảm dần với tốc độ ổn định. _Ngược lại nếu Id giảm ( Id < I0d ) dòng điện sẽ tự động tăng tới giá trị ổn định. b) Theo sườn sau: _Ban đầu điện áp bộ chỉnh lưu là Ud = U0, Id = 0 _ Nối tải dòng điện tăng dần Uf tăng dần → Uđk tăng làm điện áp ra giảm. _Dòng điện chỉnh lưu đang duy trì ổn định. Vì một lý do nào đó dòng điện tăng dẫn đến Uf tăng làm Uđk giảm làm góc mở α tăng Ud giảm nhỏ hơn U0d dòng điện sẽ giảm dần tới giá trị ổn định. Tương tự như vậy nếu dòng điện giảm. Kết luận: Như vậy nếu thựu hiện ổn dòng ta phải: _Phản hồi âm dòng điện nếu điều khiển theo sườn sau. _Phản hồi dương dòng điện nếu điều khiển theo sườn trước. 2. Nguyên tắc ổn áp: Ban đầu bộ chỉnh lưu chạy không tải với điện áp không tải U0 . Khi nối tải dòng điện qua tải quá độ tăng dần tới giá trị ổn định. Tại đây bộ biến đổi thực hiện quá trình ổn áp như sau: a) ổn áp theo sườn trước: Nguyên tắc điều khiển Uđk = Ud + Uf _Ban đầu điện áp ra của bộ chỉnh lưu là điện áp không tải Ud = U0, Id = 0 khi nối tải vào dòng điện Id tăng dần kéo theo điện áp phản hồi Uf tăng. Do Uđk = Uf + Ud Nên Uđk tăng dẫn tới điện áp ra của bộ chỉnh lưu giảm dần. Do Ud giảm dần tới Uôđ _Nếu vì một lý dô nào đó điện áp tăng hơn Uôđ → Uf tăng → Uđk tăng làm điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu giảm xuống Ud = Uôđ. _Ngược lại nếu Ud giảm điện áp sẽ tự động tăng tới giá trị ổn định. b) Theo sườn sau: _Ban đầu điện áp bộ chỉnh lưu là Ud = U0, Id = 0 _ Nối tải điện áp tăng dần Uf tăng dần → Uđk tăng làm điện áp ra giảm. _Điện áp chỉnh lưu đang duy trì ổn định. Vì một lý do nào đó điện áp tăng dẫn đến Uf tăng làm Uđk giảm làm góc mở α tăng Ud giảm dần tới giá trị ổn định. Tương tự như vậy nếu dòng điện giảm. Kết luận: Như vậy nếu thựu hiện ổn áp ta phải: _Phản hồi âm điện áp nếu điều khiển theo sườn sau. _Phản hồi dương điện áp nếu điều khiển theo sườn trước. 1 2 3 4 5 II. XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN. a b c d e f g h i T2 DZ T1 + OA1 +V + OA9 + OA3 + OA2 +V +V + OA4 CM1 CM2 + OA8 +V + OA7 + OA6 +V + OA5 +V T3 T4 T6 T5 +V .IC 1Gnd2Trg3Out4Rst 5Ctl 6Thr 7Dis 8Vcc 555 + C3 +V Ud Uc U1 Ue Ug Uh Urss U Uf III. TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. Từ những phân tích trên ta có thể tính chọn các thiết bị cho mạch điều khiển như sau: • Khối đồng pha. Tất cả các khuyếch thuật toán chọn cùng loại LM 301A Biến áp đồng pha có thể lấy chính là biến áp nguồn cung cấp nguồn mmọt chiều cho mạch U = ± 12 V ( xoay chiều ). Các điôt D1, D2, D3, D4 có thể chọn cùng loại D4041 Thông số : Uđm = 50 V , Iđm = 500 mA • Khâu tạo xung răng cưa: Các Tiristor có thể chọn cùng loại cho Radio công suất nhỏ là có thể thoả mãn . Chọn : A564 UCE = 30 V IC = 50 mA β = 120 C828 UCE = 30 V IC = 50 mA β = 100 Các điện trở R1, R2, R3, R4 các điện trở hạn chế dòng có thể chọn giá trị tương đối 10 kΩ. Chiíet áp R1 đặt ngưỡng sao cho Uref = 0,6 ÷ 0,7 V Điện trở R3 hạn chế dòng qua DZ chọn 2,2 kΩ. Điôt Zene chọn loại 9V. Tính chọn điện trở R6 và nguồn dòng nạp cho tụ. Để trong thời gian khoá trazistor T2 điện áp đỉnh răng cưa có thể đạt được 10V thì điện trở R6 và C được tình như sau: Q = C.U Q = I.t ⇒ I.t = C.U Trong nửa chu kỳ thì t ≈ ( )ms10 2 20 2 T == Chọn C = 1 μF → ( )A10 10.10 10.10.1 Z CUI 33 6 − − − === Để tạo nguồn dòng này thì R6 có giá trị: ( )Ω=== − 910 9 I UR 3 DZ 6 Tính mạch khuyếch đại xung. Nguyên lý hoạt động sơ đồ: Từ các phân tích trên về chế độ ổn áp và ổn dòng ta có thể đưa ra được sơ đồ như trên. Sươ đồ được chia thành ba khối sau: 1. Khối đồng pha: Tín hiệu xoay chiều được lấy từ biến áp đồng pha. Biến áp có điểm giữa được chỉnh lưu hai nửa chu kỳ và đưa tín hiệu vào bộ so sánh OA1 . Điện áp chuẩn so sánh được chỉnh định điện áp một chiều cỡ 0,7 V . Điện áp ra có dạng như hình vẽ: Đồng thời tín hiệu xoay chiều từ hai điểm a và b được đưa vào hai bbọ so sánh OA2 và OA3 tạo tín hiệu đồng pha cho phép phát xung điều khiển hai kênh. Điện áp đồng pha từ OA1 được đưa tới bộ tạo điện áp răng cưa + Khi UC âm trazistor T1 khoá tụ C được nạp bởi nguồn dòng khi +Khi UC dương trazistor T1 dẫn tụ C phóng điện. Dạng điện áp thu được là một dãy xung răng cưa có sườn lên tuyến tính. • Khối tạo xung chùm: 1. Vi mạch 555 UC E 2/3E 1/3E θ Ur θ R S Q Q 0 0 1 1 0 1 0 1 Q 0 1 × Q 1 0 × Q thấp T khoá tụ C nạp theo đường E → R1 → R2 → C → -E UC > E31 đầu ra OA2 cao UC = E32 đầu ra OA1 thấp Khi đó Q = 0 , 1=Q Tranzistor thông tụ C phóng theo đường +E → C → R2 → T → -E Quá trình lạI tiếp tục Kết quả có một dãy xung vuông đầu ra không đảo R_S E_F. Có nhiều cách tạo xung chùm , ở đây mạch time 555 được sử dụng như mạch da hàI tự dao động. Xung chùm được lấy ra ở chân 3 của Time 555. Diot D đảm bảo xung ra có bề rộng đều nhau .Tần số được tính theo biểu thức : RC f .693,0.2 1= Với tần số mong muốn f = 10 kHz ta phải chọn R = 10 kΩ C = 7 μF 2. Khâu so sánh: Điện áp nhận dược từ D qua điện trở R5 được so sành với Uđk từ đó xác định được thời điểm phát xung mở các van. 3. Khâu khuyếch đại xung: _Kênh 1: Để điều khiển tiristor T1 xung điện áp nhận từ cổng AND với tín hiệu cho phép nhận từ OA2 _Kênh 2: Để điều khiển tiristor T1 xung điện áp nhận từ cổng AND với tín hiệu cho phép nhận từ OA3. Dạng điện áp nhận dược từ OA2 và OA3 là các xung vuông đồng pha với tín hiệu sin nhưng ngược pha nhau. Khi điện áp tại điểm a dương tương ứng OA2 nhân được xung dương. Khi điện áp tại điểm b âm tương ứng OA3 nhân được xung âm. Vì vậy khi 1AND mở thì 2AND khoá thi xung điện áp được khuyếch đại qua biến áp xung đưa tới cực G của các tiristor. Dạng điện áp nhận được như hình vẽ: