Điện - Điện Tử - Thiết kế bộ nạp ác quy tự động ổn dòng và ổn áp

Trang 1 §Ò tµi 8 thiÕt kÕ bé n¹p ¸c quy tù ®éng æn dßng vµ æn ¸p §Ò bµi ThiÕt kÕ nguån n¹p ¸c quy . Bé nguån ph¶i ®¶m b¶o hai chÕ ®é n¹p: n¹p æn ®Þnh dßng ®iÖn vµ n¹p æn ®iÖn ¸p . Khi ¸c quy ®· ®Çy ph¶i ng¾t nguån n¹p : U®m = 16 -28 V I®m = 100 A Imin = 10 A . Trang 2 Lêi nãi ®Çu Tù ®éng hãa ®· ph¸t triÓn vµ mang l¹i nh÷ng øng dông v« cïng to lín cho sù ph¸t triÓn tÊt c¶ c¸c ngµnh kÜ thuËt cña thÕ giíi.Tuy nhiªn,ë n−íc ta nã míi ®−îc øng dông vµ ph¸t triÓn m¹nh mÏ trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y.Nã gióp n−íc ta ph¸t triÓn ®Ó tiÕn tíi trë thµnh mét n−íc C«ng nghiÖp hãa - HiÖn ®¹i hãa. Bëi vËy tù ®éng hãa ®−îc nghiªn cøu ë tÊt c¶ c¸c ngµnh kÜ thuËt trong tr−êng nãi chung vµ ngµnh tù ®éng hãa nãi riªng Ngµy nay hÇu nh− tÊt c¶ c¸c m¸y mãc thiÕt bÞ trong c«ng nghiÖp còng nh− trong ®êi sèng hµng ®Òu ph¶i sö dông ®iÖn n¨ng , phÇn lín c¸c thiÕt bÞ ®Òu sö dông ®iªn l−íi ,Tuy nhiªn thùc tÕ cã nh÷ng lóc rÊt cÇn n¨ng l−îng ®iÖn mµ ta kh«ng thÓ lÊy n¨ng l−îng ®iÖn tõ l−íi ®iÖn ®−îc. Do ®ã ta ph¶i lÊy c¸c nguån ®iÖn dù tr÷ nh− ¸c quy,h¬n n÷a ¸c qui ®−îc sö dông nhiÒu trong c«ng nghÖ « t«,xe m¸y . Do vËy mµ viÖc cã mét c«ng nghÖ n¹p ¸c qui tèi −u lµ rÊt cÇn thiÕt vµ quan träng .Trong ®å ¸n nµy, em ®−îc giao thiÕt kÕ bé n¹p ¸c qui.Trong qu¸ tr×nh lµm chóng em lu«n ®−îc sù gióp ®ì ,chØ b¶o hÕt søc tËn t×nh cña thÇy PHẠM QUỐC HẢI,nhê cã thÇy chØ dÉn mµ em hoµn thµnh ®å ¸n mét c¸ch tèt nhÊt.Tuy nhiªn do cã h¹n chÕ vÒ mÆt kiÕn thøc nªn em kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt Em xin c¸m ¬n tÊt c¶ c¸c thÇy c« trong ngµnh tù ®éng hãa ®· cho chóng em ®−îc lµm ®å ¸n ®Çy bæ Ých nµy ,®Æc biÖt em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy PHẠM QUỐC HẢI ,ng−êi lu«n tËn t×nh gióp ®ì vµ h−íng dÉn chóng em.Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n Hµ Néi ngµy 20 th¸ng 5 n¨m 2008 Sinh viªn thùc hiÖn Ph¹m v¨n LuyÖn Trang 3 Ch−¬ng I Giíi thiÖu chung vÒ ¸c qui I. Kh¸i qu¸t chung vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña ¸c qui Ác qui lµ nguån ®iÖn ho¸ ho¹t ®éng trªn c¬ së hai ®iÖn cùc cã ®iÖn thÕ kh¸c nhau,dïng ®Ó tÝch tr÷ ®iÖn n¨ng , cung cÊp dßng mét chiÒu cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn trong c«ng nghiÖp còng nh− trong d©n dông. Cã nhiÒu lo¹i ¸c qui nh−ng phæ biÕn lµ hai lo¹i acqui: ¸c qui axit (¸c qui ch×) vµ ¸c qui kiÒm.Tuy nhiªn ¸c qui axÝt ®−îc sö dông réng r·i vµ phæ biÕn h¬n v× so víi ¸c qui kiÒm th× ¸c qui axÝt cã: + Søc ®iÖn ®éng cao(2V),sôt ¸p trong qu¸ tr×nh phãng nhá + §iÖn trë trong nhá + Gi¸ thµnh cña ¸c qui axit rÎ h¬n so víi acqui kiÒm. Trong ®å ¸n nµy em ¸c qui axit ®Ó nghiªn cøu c«ng nghÖ vµ thiÕt kÕ nguån n¹p acqui tù ®éng. 1. CÊu t¹o cña ¸c qui axit B×nh ¸c qui axit gåm vá b×nh, c¸c b¶n cùc, c¸c tÊm ng¨n vµ dung dÞch ®iÖn ph©n. 1.1. Vá b×nh Vá b×nh ¸c qui axit ®−îc chÕ t¹o b»ng nhùa ªb«nit hoÆc anphant¬pÐc hay cao su nhùa cøng. Bªn trong b×nh lãt mét líp chÞu axit lµ polyclovinyl ®Ó t¨ng tuæi thä cña b×nh PhÝa trong vá b×nh chia thµnh c¸c ng¨n riªng biÖt. Mçi ng¨n ®−îc gäi lµ mét ng¨n ¸c qui ®¬n, trong ®å ¸n nµy, nghiªn cøu ¸c qui ch× víi ®iÖn ¸p danh ®Þnh lµ 14V cã bÈy ng¨n ¸c qui ®¬n. Trang 4 1.2. B¶n cùc B¶n cùc gåm cèt h×nh l−íi ®−îc ®óc b»ng hîp kim ch× (Pb) - antimon (Sb) víi tû lÖ (87 ÷ 95)% Pb - (5 ÷ 13)% Sb vµ chÊt t¸c dông. Phô gia antimon thªm vµo cã t¸c dông t¨ng ®é cøng, gi¶m han gØ vµ c¶i thiÖn tÝnh ®óc cho cèt. Cèt ®Ó gi÷a chÊt t¸c dông ®Ó ph©n khèi dßng ®iÖn kh¾p bÒ mÆt b¶n cùc ,cã vÊu ®Ó hµn nèi c¸c b¶n cùc thµnh phÇn thµnh khèi b¶n cùc B¶n cùc ©m chÊt t¸c dông ®−îc chÕ t¹o tõ bét ch×, axit sunfuric ®Æc vµ kho¶ng 3% c¸c muèi cña axit h÷u c¬ ,c¸c b¶n cùc d−¬ng chÊt t¸c dông ®−îc chÕ t¹o tõ c¸c «xÝt ch× Pb3O4, PbO vµ dung dÞch axit sunfuric ®Æc. Phô gia muèi cña axit h÷u c¬ trong b¶n cùc ©m cã t¸c dông t¨ng ®é xèp, c¶i thiÖn ®−îc ®é thÊm s©u cña dung dÞch ®iÖn ph©n, gia t¨ng ph¶n øng ho¸ häc trong b¶n cùc Nh÷ng b¶n cùc cïng tªn ®−îc hµn víi nhau t¹o thµnh c¸c khèi b¶n cùc vµ ®−îc hµn nèi ra t¶i tiªu thô. NÕu muèn t¨ng dung l−îng cña ¸c qui th× ph¶i t¨ng sè tÊm b¶n cùc m¾c song song ,muèn t¨ng ®iÖn ¸p danh ®Þnh cña ¸c qui th× t¨ng sè tÊm b¶n cùc m¾c nèi tiÕp. 1.3. tÊm ng¨n c¸c b¶n cùc ©m vµ d−¬ng ®−îc l¾p xen kÏ vµ c¸ch ®iÖn víi nhau bëi c¸c tÊm ng¨n C¸c tÊm ng¨n ph¶i lµ chÊt c¸ch ®iÖn tèt ,bÒn dÎo,xèp ,chôi axÝt ®Ó chèng chËp m¹ch gi÷a c¸c b¶n cùc ©m vµ d−¬ng, ®ång thêi ®ì c¸c tÊm b¶n cùc khái bÞ bong r¬i ra khi sö dông acqui. 1.4. Dung dÞch ®iÖn ph©n Dung dÞch ®iÖn ph©n lµ dung dÞch axit sunfuric (H2SO4) ®−îc pha chÕ tõ axit nguyªn chÊt víi n−íc cÊt tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn khÝ hËu vµ vËt liÖu lµm tÊm ng¨n. Nång ®é dung dÞch axit sunfuric Trang 5 γ = (1,1 →1,3) g/cm3 vµ cã ¶nh h−ëng lín ®Õn søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui. NhiÖt ®é m«i tr−êng cã ¶nh h−ëng lín ®Õn nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n. Trong ®iÒu kiÖn khÝ hËu n−íc ta th× mïa hÌ chän nång ®é dung dÞch tõ(2,5-2,6) g/cm3, mïa ®«ng chän nång ®é kho¶ng 1,27 g/cm3. V× nång ®é qu¸ cao sÏ lµm chãng háng tÊm ng¨n, b¶n cùc dÔ bÞ sunfat ho¸. Nång ®é qu¸ thÊp lµm ®iÖn dung vµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña acqui gi¶m 1.5. N¾p vµ cÇu nèi N¾p lµm b»ng nhùa ªb«nit hoÆc b»ng bakªlit,trªn n¾p cã lç ®Ó ®æ vµ kiÓm tra dung dÞch ®iÖn ph©n CÇu nèi th−êng lµm b»ng ch×, dïng ®Ó nèi c¸c ng¨n ¸c quy ®¬n víi nhau 2. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi ho¸ häc trong ¸c qui Trong ¸c qui th−êng x¶y ra hai qu¸ tr×nh ho¸ häc thuËn nghÞch ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh n¹p vµ phãng ®iÖn. Khi ¸c qui ®· n¹p no, chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc d−¬ng lµ PbO2 cßn ë b¶n cùc ©m lµ ch× xèp Pb. Khi phãng ®iÖn, c¸c chÊt t¸c dông ë hai b¶n cùc ®Òu trë thµnh sunfat ch× PbSO4 cã d¹ng tinh thÓ nhá. Khi n¹p ®iÖn x¶y ra ph¶n øng: - ë cùc d−¬ng: PbSO4 – 2e + 2H2O = PbO2 + H2SO4 + 2H + ( 2.1) - ë cùc ©m: PbSO4 + 2e + 2H + = Pb + H2SO4 (2.2) -Toµn bé qu¸ tr×nh x¶y ra trong acqui khi n¹p ®iÖn lµ: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2 H2SO4 (2.3) KÕt qu¶ lµ t¹o thµnh mét ®iÖn cùc Pb vµ mét ®iÖn cùc PbO2. Trang 6 Khi nèi hai ®iÖn cùc Pb vµ PbO2 víi t¶i, lóc nµy ho¸ n¨ng ®−îc dù tr÷ trong acqui sÏ chuyÓn thµnh ®iÖn n¨ng. ë c¸c ®iÖn cùc sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng ng−îc cña (2.1) vµ (2.2), nghÜa lµ trong ¸c qui sÏ x¶y ra ph¶n øng ng−îc cña (2.3). Acqui sÏ cung cÊp dßng ®iÖn cho ®Õn khi c¶ hai ®iÖn cùc l¹i trë thµnh PbSO4 nh− ban ®Çu 3. c¸c th«ng sè vµ ®Æc tÝnh cña ¸c qui 3.1. Søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui * Søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui axit phô thuéc vµo ®Æc tÝnh lý ho¸ cña vËt liÖu lµm c¸c b¶n cùc , dung dÞch ®iÖn ph©n vµ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc thùc nghiÖm E0 = 0,85 + γ (V). Trong ®ã: E0: Søc ®iÖn ®éng tÜnh cña acqui ®¬n, tÝnh b»ng vol. γ : nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n tÝnh b»ng vol quy vÒ +150C. *Søc ®iÖn ®éng cña ¸c qui khi phãng ®iÖn Ep = Up + Ip. raq Trong ®ã: Ip : Dßng ®iÖn phãng (A) Up: ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¸c qui khi phãng ®iÖn (A) raq: ®iÖn trë trong cña ¸c qui, khi phãng ®iÖn hoµn toµn th× raq = 0,02Ω . * søc ®iÖn ®éng n¹p En cña ¸c qui En = Un – In.raq (V). Trong ®ã: In : dßng ®iÖn n¹p (A). Un: ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¸c qui khi n¹p ®iÖn (V). raq : ®iÖn trë trong cña ¸c qui khi n¹p ®iÖn. Khi n¹p no th× raq = (0,0015 -0,001)Ω . 3.2.Dung l−îng cña ¸c qui Trang 7 I (A) U,E (V) Vïng phãng cho phÐp 1,27 tgh 10 5 1,11 2,11 1,95 Kho¶ng nghØ 1,0 1,5 2,0 0,5 Eaq Eo Up E Ip.raq 1,75 Cp=Ip.tp tp (h)  (g/cm3) Dung l−îng cña ¸c qui lµ ®¹i l−îng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cung cÊp hoÆc tÝch tr÷ n¨ng l−îng cña ¸c qui vµ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : Ci = Ii.ti (Ah). Trong ®ã: Ci dung l−îng thu ®−îc trong qu¸ tr×nh phãng n¹p (Ah). Ii Dßng dÞªn phãng n¹p æn ®Þnh (A) tp(h). 3.3. ®Æc tÝnh phãng ®iÖn cña ¸c qui - §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ phô thuéc cña søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p acqui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian phãng khi dßng ®iÖn phãng kh«ng thay ®æi. Tõ ®å thÞ ta cã c¸c nhËn xÐt sau: - Trong kho¶ng thêi gian phãng tõ tp =0 tíi tp = tgh, søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m dÇn, tuy nhiªn ®é dèc cña c¸c ®å thÞ lµ kh«ng lín,®©y lµ giai ®o¹n phãng æn ®Þnh hay thêi gian phãng ®iÖn cho phÐp cña ¸c qui - Tõ thêi ®iÓm tgh trë ®i,nÕu tiÕp tôc phãng ®iÖn th× ®é dèc søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p cña acqui gi¶m rÊt nhanh, mÆt kh¸c c¸c tinh thÓ Trang 8 10 0 Kho¶ng nghØ Vïng n¹p no (2÷3)h Eaq Eo Un In.raq E 2,7V 2,11V I (A) U,E (V) Vïng n¹p hiÖu dông 1,27 ts 5 1,11 1,95 1,0 1,5 2,0 0,5 Cn=In.tn tn (h)  (g/cm3) B¾t ®Çu s«i 2,4V sunfat ch× (PbSO4) t¹o thµnh trong ph¶n øng sÏ cã d¹ng th«, r¾n, khã hoµ tan (biÕn ®æi ho¸ häc) - Sau khi ng¾t m¹ch phãng mét kho¶ng thêi gian, c¸c gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n cña ¸c qui l¹i t¨ng lªn, ®©y lµ thêi gian håi phôc hay kho¶ng nghØ cña ¸c qui thêi gian phôc håi nµy phô thuéc vµo chÕ ®é phãng ®iÖn cña ¸c qui 3.4. §Æc tÝnh n¹p cña ¸c qui - BiÓu diÔn quan hÖ phô thuéc cña søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p ¨cqui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian n¹p khi trÞ sè dßng ®iÖn n¹p kh«ng thay ®æi. Tõ ®å thÞ ®Æc tÝnh n¹p ta cã nhËn xÐt sau: - Trong kho¶ng thêi gian n¹p tõ tn = 0 ®Õn tn = ts, søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n t¨ng dÇn lªn. - Tíi thêi ®iÓm tn = ts trªn bÒ mÆt c¸c b¶n cùc xuÊt hiÖn c¸c bät khÝ do dßng ®iÖn ®iÖn ph©n n−íc thµnh «xy vµ hy®r« (cßn gäi lµ hiÖn t−îng s«i ), lóc nµy ®iÖn thÕ gi÷a c¸c cùc cña acqui ®¬n t¨ng tíi gi¸ trÞ 2,4 V, tiÕp tôc n¹p gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi 2,7 V Trang 9 vµ gi÷ nguyªn,thêi gian n¹p nµy gäi lµ thêi gian n¹p no vµ th−êng kÐo dµi tõ 2-3 h, lµm t¨ng thªm dung l−îng phãng ®iÖn cña acqui. Trong qu¸ tr×nh ®ã søc ®iÖn ®éng vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n lµ kh«ng thay ®æi.. - Sau khi ng¾t m¹ch n¹p, ®iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m xuèng vµ æn ®Þnh. §©y lµ kho¶ng nghØ cña ¸c qui sau khi n¹p. - Dßng ®iÖn n¹p ®Þnh møc ®èi víi ¸c qui qui ®Þnh b»ng 0,5.C20 (0,1.C10). II. C¸c ph−¬ng ph¸p n¹p ®iÖn cho acqui 1. Ph−¬ng ph¸p n¹p víi dßng n¹p kh«ng ®æi - Ph−¬ng ph¸p n¹p ®iÖn víi dßng n¹p kh«ng ®æi cho phÐp chän dßng ®iÖn n¹p thÝch hîp , ®¶m b¶o cho acqui ®−îc n¹p no C¸c ¸c qui ®−îc m¾c nèi tiÕp víi nhau vµ ph¶i tho¶ m·n Un ≥ 2,7 Naq. Trong ®ã: Un: §iÖn ¸p n¹p (V). Naq: Sè ng¨n ¸c qui ®¬n m¾c trong m¹ch n¹p . - Khi n¹p søc ®iÖn ®éng cña acqui t¨ng dÇn, ®Ó duy tr× dßng ®iÖn n¹p kh«ng ®æi ta ph¶i bè trÝ trong m¹ch n¹p biÕn trë R víi trÞ sè In NaqUnR 0,2−= . - Nh−îc ®iÓm: thêi gian n¹p kÐo dµi - §Ó kh¾c phôc : sö dông ph−¬ng ph¸p n¹p c−ìng bøc theo 2 nÊc. Dßng ®Þªn n¹p ë nÊc thø nhÊt chän b»ng (0,3 - 0,5).C10, vµ khi ¸c qui b¾t ®Çu s«i th× n¹p nÊc thø hai b»ng 0,1.C10. 2. Ph−¬ng ph¸p n¹p víi ¸p kh«ng ®æi - Ph−¬ng ph¸p n¹p ¸p, ¸c qui ®−îc m¾c song song víi nguån n¹p. HiÖu ®iÖn thÕ cho mçi ng¨n ®¬n ®−îc gi÷ æn ®Þnh vµ cã gi¸ trÞ tõ 2,3 - 2,5 V víi ®é chÝnh x¸c ®Õn 3% Trang 10 - Dßng n¹p Raq EaqUnIn −= lóc ®Çu sÏ rÊt lín sau ®ã khi Eaq t¨ng dÇn lªn th× In gi¶m ®i kh¸ nhanh. - ¦u ®iÓm: thêi gian n¹p ng¾n, dßng ®iÖn n¹p tù ®éng gi¶m dÇn theo thêi gian. - Nh−îc: ¸c qui kh«ng ®−îc n¹p no, v× vËy ph−¬ng ph¸p n¹p nµy chØ dïng n¹p bæ xung cho acqui trong qu¸ tr×nh sö dông. §Ó kh¾c phôc nh÷ng nh−îc ®iÓm vµ tËn dông ®−îc hÕt nh÷ng −u ®iÓn cña c¸c ph−¬ng ph¸p n¹p trªn, ta kÕt hîp hai ph−¬ng ph¸p n¹p l¹i thµnh ph−¬ng ph¸p dßng - ¸p. 3. Ph−¬ng ph¸p n¹p dßng - ¸p - Ban ®Çu ta n¹p víi dßng n¹p kh«ng ®æi In = 0,5.C10. Khi thÊy ¸c qui "s«i" th× hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a c¸c cùc cña cña ¨cqui ®¬n 2,4V, tiÕp tôc n¹p th× gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi gi¸ trÞ lµ 2,7 V. Sau ®ã chuyÓn sang chÕ ®é n¹p æn ¸p víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p n¹p kh«ng ®æi cho 1 ng¨n ®¬n lµ Un = 2,7Vvµ th−êng kÐo dµi tõ 2 ®Õn 3 giê hoÆc khi dßng n¹p tiÕn tíi kh«ng (In = 0) th× kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p. KÕt luËn: Qua ph©n tÝch ta chän ph−¬ng ph¸p n¹p dßng - ¸p ®Ó n¹p cho ¸c qui vµ bé nguån n¹p ¸c qui tù ®éng ph¶i ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu sau: - Ban ®Çu tù ®éng n¹p æn dßng víi dßng n¹p ®Æt tr−íc In = 0,5 .C10/1 ng¨n ¸c qui ®¬n. - Khi ph¸t hiÖn thÊy hiÖu ®iÖn thÕ trªn c¸c cùc cña ¸c qui ®¬n t¨ng tíi 2,7 V th× tù ®éng chuyÓn tõ n¹p æn dßng sang chÕ ®é n¹p æn ¸p víi ®iÖn ¸p n¹p ®Æt tr−íc Un = 2,7V/ 1 ng¨n ¸c qui ®¬n. - N¹p æn ¸p cho tíi khi dßng ®iÖn n¹p tiÕn vÒ kh«ng. Trang 11 ch−¬ng II Lùa chän ph−¬ng ¸n chØnh l−u I. NhËn xÐt chung: Bé chØnh l−u lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó biÕn ®æi nguån ®iÖn xoay chiÒu thµnh nguån ®iÖn mét chiÒu nh»m cung cÊp cho phô t¶i ®iÖn mét chiÒu. * §Ò bµi : thiÕt kÕ bé nguån n¹p ¸c quy cã thÓ n¹p cho ¾c quy 16-28V vµ dßng n¹p 10- 100A. - V× yªu cÇu cÇn ®iÒu khiÓn dßng ,¸p nªn ta chän ph−¬ng ¸n chØnh l−u tiristor. - V× t¶i yªu cÇu c«ng suÊt nhá vµ chÊt l−îng ®iÖn ¸p ®iÒu chØnh kh«ng cÇn cao nªn ta chän ph−¬ng ¸n chØnh l−u mét pha nh»m ®¬n gi¶n ho¸ viÖc thiÕt kÕ,gi¶m gi¸ thµnh vµ t¨ng ®é linh ®éng cña bé chØnh l−u. IIC¸c ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch chØnh l−u 1. ChØnh l−u mét pha 2 nöa chu kú cã ®iÒu khiÓn Trong s¬ ®å nµy ,m¸y biÕn ¸p ph¶i cã hai cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau ,ë mçi nöa chu kú khi cã xung tíi ®iÒu khiÓn më tiristo cã mét van dÉn cho dßng ®iÖn ch¹y qua . §iÖn ¸p ®Ëp m¹ch trong c¶ hai nöa chu kú víi tÇn sè ®Ëp m¹ch b»ng hai lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu . H×nh d¸ng c¸c ®−êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i (Ud,Id ) cho trªn h×nh vÏ . Trang 12 Trong nöa chu kú ®Çu , khi U2>E th× ®iÖn ¸p UAK cña T1 d−¬ng, UAK cña T2 ©m.Vi vËy T1 sÏ dÉn nÕu ®−îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn dßng sÏ ch¶y qua T1-R-E, víi nguån lµ U2 Trong nöa chu kú sau, khi U '2 > E th× ®iÖn ¸p UAKcña T2 d−¬ng, cña T1 ©m, T2 sÏ dÉn nÕu ®−îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn, dßng sÏ ch¶y qua T2-R-E, víi nguån lµ U '2 Chó ý: NÕu ta ph¸t xung vµo thêi ®iÓm U<E th× van kh«ng dÉn ,m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ®iÒu khiÓn sao cho xung ph¸t ra kh«ng r¬i vµo thêi ®iÓm nµy Tõ ®å thÞ ta cã: - TrÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i: Ud= ( ) θθπ βπ α dU∫ − sin..21 2 + )( αβπ + E = )()]cos([cos2 2 αβπβπαπ ++−− EU - TrÞ trung b×nh cña dßng qua t¶i : Id = R EUd − = ])[( . )]cos([cos . .2 2 παβπβπαπ −++−− R E R U - TrÞ sè dßng hiÖu dông qua van : Trang 13 R E T2 T3T1 T4 U2 I2=I '2 =Ihdv= ∫ − −βπ α θθπ dR EU 22 ) sin2 ( 2 1 - TrÞ sè dßng hiÖu dông qua t¶i: Ihd = ∫ − −βπ α θθπ dR EU 22 ) sin2 (1 Ta thÊy Ihdv= 2 hdI - §iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn van: U ngcvan =2 2 U2 * NhËn xÐt : trong s¬ ®å nµy , dßng ®iÖn ch¹y qua van kh«ng qu¸ lín . Khi van dÉn ,®iÖn ¸p r¬i trªn van nhá.ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ë ®©y t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n .Tuy vËy ,viÖc chÕ t¹o biÕn ¸p cã hai cuén d©y thø cÊp gièng nhau , mµ mçi cuén chØ lµm viÖc trong nöa chu kú phøc t¹p vµ hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n , mÆt kh¸c ®iÖn ¸p ng−îc cña c¸c van b¸n dÉn rÊt lín.ThÝch hîp víi m¹ch chØnh l−u ®iÖn ¸p thÊp nh−ng dßng lín kh«ng cÇn chÊt l−îng ®iÖn ¸p cao. 2. ChØnh l−u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn ®èi xøng: Trong nöa chu kú ®Çu , lóc U2 > E ®iÖn ¸p anot cña tiristo T1 d−¬ng katot cña T2 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn c¶ hai van T1 ,T2 Trang 14 E R T1 D1T2 D2 U2 ®ång thêi ,th× c¸c van nµy sÏ ®−îc më ®Æt ®iÖn ¸p l−íi lªn t¶i , T1 , T2 sÏ dÉn ®Õn khi U2 < E. Trong nöa chu kú sau , khi U2 <E th× ®iÖn ¸p anot cña tiristo T3 d−¬ng katot cña T4 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn c¶ hai van T3 ,T4 ®ång thêi ,th× c¸c van nµy sÏ ®−îc më ®Æt ®iÖn ¸p l−íi lªn t¶i. (víi ®iÒu kiÖn 21 ααα << ) §iÖn ¸p trung b×nh ®Æt lªn t¶i: Ud= ∫2 )()sin(21 2 α α θθπ dU + )( 1ααπ + E Ihd= ∫ −2 )())sin(2(1 22 α α θθπ dR EU Dßng trung b×nh ch¹y qua tiristo : Itb = Id/2 Dßng hiÖu dông ch¹y qua van :IhdV= 2 hdI §iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt ®Æt lªn van : 2max 2UUn = * NhËn xÐt : So víi s¬ ®å trªn ,ë s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt ®Æt lªn van chØ b»ng mét nöa,biÕn ¸p dÔ chÕ t¹o vµ cã hiÖu suÊt cao h¬n . Tuy nhiªn , s¬ ®å nµy nhiÒu khi gÆp khã kh¨n trong viÖc më c¸c van ®iÒu khiÓn, tæng sôt ¸p trªn c¸c van lµ lín ,lµm hiÖu suÊt bé chØnh l−u gi¶m khi ¸p thÊp 3 ChØnh l−u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng(th¼ng hµng) O Trang 15 - ë nöa chu k× d−¬ng cña u2 khi α < β hay α ≥ βπ − cho xung ®iÒu khiÓn më T1 th× c¶ T1vµ D1 ®Òu kh«ng më ®−îc do trong m¹ch cã søc ®iÖn ®éng E lµm cho thÕ UAK cña tiristor ©m. Khi β <α < βπ − , ph¸t xung ®iÒu khiÓn më T1 th× D1 còng më cho dßng ch¶y qua t¶i theo ®−êng: T1 - (R + E) - D1 - ë nöa chu kú ©m cña u2, t−¬ng tù nh− trªn khi βπ + <α < βπ −2 , ph¸t xung ®iÒu khiÓn më T2 th× D2 còng më ngay cho dßng ch¶y qua t¶i theo ®−êng: D2 - (R+E) - T2 Gãc dÉn dßng cña ®ièt vµ cña tiristor trong s¬ ®å nµy b»ng nhau vµ: TD λλ = = βπ 2− VÒ nguyªn t¾c, α cã thÓ thay ®æi ®−îc trong kho¶ng (0;π ) nh−ng do sù cã mÆt cña søc ®iÖn ®éng E cña t¶i nªn gãc më α ®−îc khèng chÕ trong kho¶ng ( β ; βπ − ). - TrÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i: Ud= ( ) θθπ βπ α dU∫ − sin..21 2 + )( αβπ + E = )()]cos([cos2 2 αβπβπαπ ++−− EU - TrÞ trung b×nh cña dßng qua t¶i : Id = R EUd − = ])[( . )]cos([cos . .2 2 παβπβπαπ −++−− R E R U - TrÞ trung b×nh cña dßng qua tiristor vµ ®i«t: IT = ID = θπ βπ α dId. 2 1 ∫ − = )]([ 2 βαπ +−dI - TrÞ hiÖu dông dßng qua van vµ di«t: Ihdv= 2 hdI Trang 16 NhËn xÐt: M¹ch ®iÒu khiÓn s¬ ®å cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng dÔ ®iÒu khiÓn,viÖc chÕ t¹o biÕn ¸p ®¬n gi¶n.Tuy nhiªn tæng sôt ¸p trªn van lµ lín kh«ng phï hîp cho t¶i cã ¸p thÊp v× nã lµm gi¶m hiÖu suÊt sö dông bé n¹p KÕt luËn: Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ta chän s¬ ®å ''ChØnh l−u h×nh tia hai pha cã ®iÓm gi÷a ''.v× nã cã nh÷ng −u ®iÓm sau + Sè l−îng van Ýt nªn m¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®¬n gi¶n + Tæng sôt ¸p trªn c¸c van nhá,hiÖu suÊt sö dông thiªt bÞ cao h¬n.MÆt kh¸c thiÕt bÞ gän nhÑ .linh ®éng vµ gi¸ thµnh h¹ Trang 17 N1 N2 N3 BAL T1 T2 R C R C L RdAq U1 Ch−¬ng III thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc I.S¬ ®å m¹ch lùc II.C¸c phÇn tö trªn s¬ ®å m¹ch lùc : 1.Van lùc: - §Ó chän van ta ph¶i dùa vµo chÕ ®é lµm viÖc nÆng nÒ nhÊt mµ van ph¶i chÞu. *ChØ tiªu ®iÖn ¸p : - Van ph¶i chÞu ®iÖn ¸p max khi c¸c acqui ®−îc n¹p no,mçi ng¨n acqui cã ®iÖn ¸p lµ 2V.§Ó cã acqui 28V cÇn 14 ng¨n. §Ó n¹p no th× ®iÖn ¸p n¹p cho mçi ng¨n ph¶i lµ 2,7V. Khi ®ã : dU =2,7.28/2 =37,8 (V) MÆt kh¸c cã :Ud=0,9U2 ⇒U2= 42,6 V §iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt trªn van : maxngU =2 2 .U2=119 V ⇒§iÖn ¸p ng−îc ®Þnh møc van lµ Un®mv=1,1.kdt.119= 235 V Víi 1,1 lµ do thùc tÕ ®iÖn ¸p l−íi kh«ng æn ®Þnh vµ ®−îc phÐp dao ®éng nªn ¸p l−íi cã thÓ t¨ng lªn 10% Kdt lµ hÖ sè dù tr÷ cho van. chän : Kdt =1,8 *ChØ tiªu dßng ®iÖn : Trang 18 - Dßng ®iÖn trung b×nh qua van Itbv=Id/2=100/2= 50 A Do c«ng suÊt t¶i thÊp chän chÕ ®é lµm m¸t cho van tù nhiªn dïng c¸nh t¶n nhiÖt chuÈn. Itbv=(0,2-0.3)I®mv⇒ Idmv=167 A VËy ®iÒu kiÖn chon van lµ Uv > 235 V vµ Iv >167A ***Chän loai van ST180S04P1V cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p ng−îc Un cùc ®¹i :400V Dßng lµm viÖc ®Þnh møc ,dßng ®iÖn ®Ønh: I®m= 200A,Ipik=5000A Dßng vµ ¸p ®iÒu khiÓn lµ Ig=150 mA,Ug=3V Dßng rß Ir=30mA,sôt ¸p ΔU=1,8V, dUdt =500V/s,tcm=100μ s 2.C¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ a) B¶o vÖ ng¾n m¹ch, qu¸ t¶i Sö dông Apt«mat (AT) ®Ó ®ãng c¾t m¹ch lùc, b¶o vÖ khi qu¸ t¶i ,ng¾n m¹ch tiristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p.§¨t Iatm=1,2I®mv b) B¶o vÖ qu¸ ¸p,tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p cho van Khi cã sù chuyÓn m¹ch, c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o dßng ®iÖn ng−îc trong kho¶ng thêi gian ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng−îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a an«t vµ kat«t cña thyristor.V× vËy ta m¾c m¹ch R C m¾c song song víi thyristor nh»m t¹o ra vßng