Đồ án Mạch nạp Acquy 80A - 12V tự động

trên bản cực âm bị phân tích thành sắt nguyên tố và anion -OH . Còn ở bản cực dương, 2)(OHNi được chuyển hóa thành 3)(OHNi . Chất điện phân KOH có thể xem như nó không tham gia vào phản ứng hóa học mà chỉ đóng vai trò chất dẫn điện, do đó sức điện động của acquy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân. Sức điện động của acquy chỉ được xác định dựa trên trạng thái của các chất tác dụng ở các tấm cực. Thông thường acquy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động đạt được khoảng 1,7 đến 1,85V. Khi acquy phóng điện hoàn toàn sức điện động của acquy là 1,2 đến 1,4V. Như vậy điện thế phóng điện của acquy kiềm thấp hơn acquy axit. Nếu ở acquy axit điện thế phóng điện bình quân là 2V thì ở acquy kiềm chỉ là 1,2V. Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo chưa dừng lại ở những kết quả đã đạt được, người ta đã chế tạo được những acquy kiềm mới khá nhỏ và nhẹ, nhưng vẫn có các thông số kĩ thuật của acquy axit. Những acquy đang hướng tới việc thay thế các bản cực bằng những hợp kim có khả năng chống han gỉ, giảm kích thước và tăng tính bền vững. những tạp chất mơi được trộn vào trong chất tác dụng sẽ cải thiện đạc tính phóng điện của acquy đáng kể . Nhiều acquy mới đã không có cầu nối trên nắp và kết cấu vỏ bình cũng thay bằng những vật liệu rất nhẹ nên giảm được chiều dày thành bình, acquy cũng ít phải chăm sóc hơn. 1.4.Sự khác nhau giữa ácquy axít và ácquy kiềm Cả hai loại acquy này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc loại dung kháng và sức phản điện động. Nhưng chúng còn có một số đặc điểm khác biệt sau : Acquy axit acquy kiềm - Khả năng quá tải không cao, dòng nạp lớn nhất đạt được khi quá tải là Inmax = 20%C10 _Hiện tượng phòng lớn, do đó ắc qui nhanh hết điện ngay cả khi không sử dụng. _Sử dụng rộng rãi trong đời sống, _Khả năng quá tải rất lớn dòng điện nạp lớn nhất khi đó có thể đạt tới: Inmax = 50%C10 _Hiện tự phóng nhỏ. _Sử dụng ở những nơi có yêu cầu 8 công nghiệp đặc biệt ở những nơi có nhiệt độ cao va đập lớn nhưng công suất và quá tải vừa phải. _Dùng trong ôtô, xe máy và các động cơ máy nổ công suất vừa và nhỏ. _Giá thành thấp công suất lớn quá tải thường xuyên, được sử dụng với các thiết bị công suất lớn. _Dùng phổ biến trong công nghiệp hàng không, hàng hải và những nơi nhiệt độ môi trường thấp. _Giá thành cao. 1.5.Các thông số cơ bản của ácquy 1.5.1.Sức điện động của ácquy Sức điện động của acquy kiềm và acquy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm Eo = 0,85 + r ( V ) (1.6) Trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của acquy ( V ) r - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 °C ( g/cm3 ) ØTrong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của acquy được tính theo công thức: Ep = Up + Ip.rb (1.7) Trong đó : Ep - sức điện động của acquy khi phóng điện ( V ) Ip - dòng điện phóng ( A ) Up - điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (V) rb - điện trở trong của acquy khi phóng điện ( W ) ØTrong quá trình nạp điện thì sức điện động En của acquy được tính theo công thức: En = Un - In.rb (1.8) Trong đó : En - sức điện động của acquy khi nạp điện ( V ) In - dòng điện nạp ( A ) Un - điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp điện ( V ) rb - điện trở trong của acquy khi nạp điện ( W ) 9 1.5.2.Dung lượng của ácquy -Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng điện của acquy cho phụ tải, và được tính theo công thức : Cp = Ip.tp Trong đó : Cp - dung dịch thu được trong quá trình phóng ( Ah ) Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A ) tp - thời gian phóng điện ( h ). -Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của ắc qui và được tính theo công thức : Cn = In.tn Trong đó : Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( Ah ) In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h ). 1.6.Đặc tính phóng nạp của ácquy 1.6.1.Đặc tính phóng của ácquy Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi . Hình 1.1: Đặc tính phóng của acqui Từ đặc tính phóng của ắc qui như trên hình vẽ ta có nhận xét sau: Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định 10 hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của acquy ( dòng điện phóng ). Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta tiếp tục cho acquy phóng điện sau tgh thì sức điện động ,điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh .Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho acquy sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của acquy, các giá trị Ep, Up, r tại tgh được gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc qui. ắc qui không được phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%. Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức điện động, điện áp của acquy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của acquy. Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của acquy (dòng điện phóng và thời gian phóng ). 1.6.2.Đặc tính nạp của ácquy Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động , điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện nạp không thay đổi . CP = IP.tP Vïng phãng ®iÖn cho phÐp 20 5 10 1,75 1,95 2,11 I (A) E,U (V) 1064 8 t E UP Kho¶ng nghØ 11 Hinhf1.2: Đặc tính nạp của acqui Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau : Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thì sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần. Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện tượng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của acquy đơn tăng đến 2,4 V . Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của acquy. Trong sử dụng thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ 2 ¸ 3 h trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của acquy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi . Như vậy dung lượng thu được khi acquy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy. Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của acquy sau khi nạp. Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của acquy. Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C10 . Trong đó C10 là dung lượng của acquy mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là In = 0,1C10 thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy. Ví dụ với acquy C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10% dung lượng ( tức In = 18 A ) thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy. 12 1.7.Các phương pháp nạp ácquy tự động 1.7.1.Phương pháp nạp dòng điện Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại acquy, bảo đảm cho ắc qui được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho acquy hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá. Với phương pháp này acquy được mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện : Un ³ 2,7.Naq (1.9) Trong đó: Un - điện áp nạp Naq - số ngăn acquy đơn mắc trong mạch Trong quá trình nạp sức điện động của acquy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở được xác định theo công thức : n aqn I N0,2U R - = (1.10) Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp có cùng 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 ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ¸ 0,6 )C10 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10 _ Phương pháp nạp dòng điện A V _ + A . . . . . . . . A _ _ + + D D R R Un + 13 1.7.2.Phương pháp nạp điện áp Phương pháp này yêu cầu các acquy được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3V ¸ 2,5V) cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp này acquy không được nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử dụng. 1.7.3.Phương pháp nạp dòng áp Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp. Phương pháp nạp dòng áp D VR Un A _ _ + _ + _ A ... + +... ... Un A V 14 Đối với yêu cầu của đề bài là nạp acquy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương án nạp acquy là phương pháp dòng áp. Đối với acquy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoản thời gian tn = 8h tương ứng với 75¸80 % dung lượng acquy ta nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1C10. Vì theo đặc tính nạp của acquy trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 8h acquy bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 10h thì acquy bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 đến 3h. Đối với acquy kiềm : Trình tự nạp cũng giống như acquy axit nhưng do khả năng quá tải của acquy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In=0,2C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5C10 . Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không. 15 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT 2.1.Các mạch chỉnh lưu 2.1.1.Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha t t t t UG a a a aG1 G2 G3 G1 U dU I T1 I T2 I T3 I d t0 1t 2t 3t 4t 0 P 2P 3P t t t Hình 2.1: Sơ đồ và dạng điện áp mạch chỉnh lưu hình tia ba pha a.Nguyên lý hoạt động: t0 ¸ t1 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3 . t1 ¸ t2 : T1 thông Ud = Ua , Id = IT1 . t2 ¸ t3 : T2 thông Ud = Ub , Id = IT2 . t3 ¸ t4 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3 . b.Các công thức cơ bản: - Điện áp trên tải Ud = p2 1 )( 2 0 )( td dtUò p = p2 3 )(2 6 5 6 )sin(..2 tdtUò + + a p p a = a p cos.3. 2 23 2U = a p cos 2 63 2U - Dòng điện trên tải: d d d R U I = - Dồng điện qua van: 3 d T II = 16 - Giá trị trung bình của điện áp chỉn lưu: 20 17,1 UU d = - Điện áp ngược trên van: 245,2 UU ng = - Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id - Dòng điện phía sơ cấp:I1 = 0,47Id.Kba - Công suất tải: Pd = Ud0.Id - Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd Nhận xét: Mạch chỉnh lưu có điều khiển tia 3F có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt động được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ. Mạch dùng nguồn 3F nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe. 2.1.2.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha đối xứng 17 T 1 T 3 T 5 T1 T 6 T 2 T 4 T 6 T 2 IT1 T4I T1I T6IT3IT6I T2I T5I T2IIT5 t t t t t t t t t t t t GU U Ud I T2,T5 Ung T3,T6I T1,T4I I d t G1U UG2 UG3 UG4 UG5 UG6 Hình 2.2: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng a.Nguyên lý hoạt động. Mỗi Tiristor được phát 2 xung điều khiển. - Xung thứ nhất xác địnhgóc mở . - Xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải. b.Một số công thức cơ bản. -Điện áp trên tải: U d = U d0cosa = 2,34U 2cosa . -Dòng điện trên tải: I d = U d I d . -Dòng điện trung bình qua van: I T = I d 3 . -Điện áp ngược đặt lên van: U ng =2,45U 2 -Dòng điện phía thứ cấp: I 2 = 0,816I d . -Dòng điện phía sơ cấp: I 1 = 0,816I d.K ba . 18 -Công suất máy biến áp: S ba = 1,05P d . -Công suất tải: P d = U doI o . Nhận xét: Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3F thường được sử dụng rộng rãi trong thực tế, mạch cho ra chất lượng điện áp bằng phảng, dòng điện chạy qua tải liên tục trong suốt quá trình làm việc. Mạch chỉnh lưu này thường được áp dụng với những mạch có công suất lớn vì dòng điện chạy qua mỗi van chỉ chỉ chạy trong 1/3 chu kỳ. 2.1.3.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha không đối xứng -Một số công thức cơ bản: -Điện áp trên tải: )cos1( 2 63 2 a p += UU d . -Dòng điện trên tải: I d = U d I d . -Dòng điện trung bình qua van: I T = I d 3 . -Điện áp ngược đặt lên van: U ng =2,45U 2 -Công suất máy biến áp: S ba = 1,05P d . -Công suất tải: P d = U doI o Nhận xét : Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nhưng chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng có quá trình điều chỉnh đơn giản , kích thước gọn nhẹ hơn. 19 Hình 2.3: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng 20 2.1.4.Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng Hình 2.4: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng nhau. Góc dẫn của điốt là : a+p=l D Góc dẫn của Tiristor là : a-p=l T Giá trị trung bình của điện áp tải: ò p a a+ p =qq p = )cos1(U2dsinU21U 22d p = 2maxd U22U Do đó : V UU d 72 22 8,64. 22 max 2 === pp Giá trị trung bình của dòng tải : t d d Z UI = Dòng qua Tiristor: p a-p =q p = ò p a 2 IdI 2 1I ddT Dòng qua Điốt: 21 ò a+p a p a+p =q p = 2 IdI 2 1I ddD Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua sơ cấp máy biến áp: p a -=q p = ò p a 1IdI 1I d 2 d2 Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ , dễ điều khiển , tiết kiệm van . Thích hợp cho các máy có công suất nhỏ và vừa. 2.2.Chọn mạch chình lưu phù hợp - Cả hai phương án dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng cầu ba pha và chỉnh lưu không đối xứng cầu ba pha đều có nhiều kênh điều khiển, nhiều Tiristor nên giá thành cao không kinh tế. - Do yêu cầu của đầu bài, vì số kênh điều khiển ít nên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha đông đối xứng. Chúng có một số ưu điểm: ØHiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu 1 pha đối xứng. ØĐơn giản hơn vì số lượng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn. ØCùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều khiển chính xác hơn. 2.3.Tính toán các thông số với mạch đã chọn Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha không đối xứng dùng cho mạch lực mạch nạp ắc qui tự động . Phương án này vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế. Như đã phân tích ở trên: Ta chọn phương án thiết kế cho mạch nạp ắc qui là sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng. Có sơ đồ nguyên lý mạch lực như sau : Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch lực 22 v Số liệu cho trước: Điện áp nguồn 3 pha : 220/380V ; f = 50 Hz Yêu cầu đầu ra (Nguồn một chiều tự động nạp acquy ): U dmax = 16.2V I dmax = 80A v Số liệu tính toán và chọn lựa van. Từ yêu cầu của đề bài ta có: - Điện áp thứ cấp của biến áp: Từ công thức: U d = 2U 2 p .( 1 + cosa ) Điện áp U d đạt max khi góc a = 0. Þ U 2 = U d.p 2 2 = 16,2.p 2 2 ≈ 18V - Dòng điện trung bình chảy qua van: I v = I dmax 2 = 80 2 = 40A - Điện áp ngược đặt lên van là: U ng = 2.U 2 = 2.18 ≈ 25.5V Chọn van Để đảm bảo cho các van hoạt động tốt chúng ta chọn van phải có hệ số dự trữ về điện áp: k u = 1,6 , hệ số dự trữ về dòng điện: k i = 1,2. Do vậy: - Chúng ta chọn van chịu được điện áp ngược U ng = 25,5.1,6 = 40,8V - Dòng điện trung bình chảy qua van là: I v = 40.1,2 = 48A v Với các thông số về dòng điện, điện áp như trên ta tiến hành tra sổ tay chọn được các van như sau: - Chọn Tiristor loại : TЧ-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.3, tr 28 có các thông số như sau: 23 + Dòng điện trung bình qua van: I tb=50A. + Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U ng=0,1¸1kV. + Tổn thất điện áp: DU = 1,3V. + Thời gian khóa: t off = 10,5ms. + Tốc độ tăng điện áp: d u d t = 100V/ms + Tốc độ tăng dòng điện: d i d t = 100A/ms + Dòng điện điều khiển: I g = 0,9A. + Điện áp điều khiển: U g = 3V - Chọn Diot loại: B-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.1, tr 8 có các thông số như sau: + Dòng điện trung bình qua van: I tb=50A. + Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U ng=0,1¸1kV. + Tổn thất điện áp: DU = 0,7V. 2.4.Mạch bảo vệ Tiristor. Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp, vì vậy cần mắc thêm mạch bảo vệ quá điện áp. Người ta chia ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp: -Nguyên nhân nội tại: đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn. Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn đến các Tiristor. Vì vậy giữa các anôt và catôt của Tiristor xuất hiện quá điện áp. -Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi cắt đóng tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ chảy, khi có sấm sét… Để bảo vệ mạch quá áp người ta thường dùng mạch L – C, (xem hình bên dưới): 24 Hình 2.6: Mạch bảo vệ Tiristor Mạch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên Mạch R – C đấu giữa các pha thứ cấp của máy biến áp là bảo vệ quá điện áp do đóng cắt tải ( dòng điện từ hóa ) máy biến áp gây nên. Thông số của R – C phụ thuộc ào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá máy biến áp .v.v… v Theo kinh nghiệm đã có ta chọn: C = 0.22 mF R = 50 W 2.5.Tính toán máy biến áp - Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp: U 2 = 1,11.U dmax ≈ 18V I 2 = 1,11I dmax ≈ 89A - Công suất biểu kiến máy biến áp: S 2 = U 2.I 2 = 18.89 = 1602VA. -Chọn mạch từ 3 trụ , tiết diện tính theo công thức: 25 Q = K S 2 Cf . Trong đó : C - Số trụ mạch từ. f - Tần số nguồn. K = 5 ¸ 6 Q = 5. 16025.50 ≈ 13cm 2 . Đường kính trụ : d = 4Q p = 4.13 p ≈ 4cm. Chọn lõi thép có tiết diện 13 cm2 làm bằng vật liệu sắt từ dày 0,2mm, lá thép dập hình chũ E và chữ I ghép lại. Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B T = 1,1T Chọn chỉ số m = hd = 2,3 Þ h = m.d = 2,3.4 = 9,2cm. Chọn chiều cao trụ h = 9cm. Tính toán dây quấn: Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: W 1 = U 1 4,44.f.Q.B T = 2204,44.50.13.10-4 .1,1 = 693 vòng Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: W 2 = U 2 U 1 W 1 = 18 220693 = 57 vòng. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: J 1 = J 2 = 2,75 A/mm2 Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là: I 1 = U 2I 2 U 1 = 18.89220 =7.28A Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: S 1 = I 1 J 1 = 7,282,75 = 2.65mm 2 Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: 26 S 2 = I 2 J 2 = 892,75 = 32,36mm 2 . Đường kính dây quấn sơ cấp: d 1 = 4S 1 p = 4.2,65 p = 1,84mm Đường kính dây quấn thứ cấp: d 2 = 4S 2 p = 4.32,36 p = 6,42mm Theo sách điện tử công suất ta chọn dây tiết diện tròn như sau: d 1 = 1,81 mm ; 22,9 gam/m d 2 = 7 mm ; 220gam/m 27 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1.Yêu cầu và nguyên tắc điều khiển 3.1.1.Mục đích và yêu cầu -Muốn Tiristor mở cho dòng chạy qua thì phải có điện áp dương đặt trên anot và phải có xung áp dương đặt nên cực điều khiển. Sau khi Tiristir mở yhif xung điều khiển không còn tác dụng, lúc này dòng điện chạy qua Tiristor do thông số mạch động lực quyết định. Chức năng của mạch điều khiển: -Điều khiển được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt nên anot-catot của Tiristor. -Tạo được các xung có đủ điều kiện mở được Tiristor, xung điều khiển thường có biên độ từ 2V đến 10V, độ rộng xung tx=20÷100µs đối với thiết bị chỉnh lưu. Độ rộng xung xác định theo biều thức: tx= Trong đó: Idt : Dòng duy trì của Tiristor. : Tốc độ tăng trưởng của dòng tải. Mối quan hệ giữa điện áp chỉnh lưu với việc thay đổi góc mở α Uc l=Uocosα Trong đó: -Uc l : Điện áp sau chỉnh lưu. -Uo : Điện áp chỉnh lưu lớn nhất khi góc mở α=0 Các yêu cầu đối với xung điều khiển : -Phát xung điều khiển chính xác đúng thời điểm do người thiết kế tính toán. -Các xung điều khiền phải đủ lớn về biên độ và độ rộng để có thể mở được các van -Các xung điều khiển phải có tính đối xứng cao, đảm bảo được phạm vi điều chỉnh góc mở. -Có khả năng chống nhiễu, tác động nhanh. -Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện dao động cả về biên độ và tần số. Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện tải và bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố quá tải hay ngắn mạch. 28 3.1.2.Nguyên tắc điều khiển Người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển để thay đổi góc mở α của các Tiristor là: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos. a.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp: -Điện áp đồng bộ, kí hiệu là Ur có dạng răng cưa, đồng bộ với diện áp đặt yteen anot-catot của Tiristor. -Điện áp điều khiển, kí hiệu là Uc , là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ. Hình 3.1: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Tổng đại số 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 chình góc mở α. Khi: Uc = 0 ta có α = 0 Uc 0 Quan hệ giữa α và Uc được biểu diễn qua công thức sau: α=p Người ta thường lấy Urmax = Ucmax . b.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos. 29 Theo nguyên tắc này người ta cũng dùng hai điện áp: -Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo cả hai hướng ( âm và dương). -Điện áp đồng bộ Ur vượt trước điện áp anot-catot của Tiristor một gó bằng p/2 (nếu uAK=Asinωt thì ur=Bsinωt). Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anot-catot của Tiristor. Từ điện áp này người ta tạo ra ur . Tổng đại số ur+uc được đưa tới đầu vào của khâu so sánh. Khi ur+uc=0 thì ta nhận được được một xung đầu ra của khâu so sánh. uc+Bcosα=0 Do α=arccos Người ta lấy B = Ucmax Khi uc = 0 thì α = p/2 Khi uc = UCmax thì α = p Khi uc = -UCmax thì α = 0 Như vậy khi α biến thiên từ -UCmax đến +UCmax thì α biến thiên từ 0 đến p. 30 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” được sử dụng trong các thiết bị biến đổi đòi hỏi chất lượng cao. 3.2.Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch. - Toàn bộ mạch điện phải dùng 2 cổng AND nên ta chọn một con IC 7415. Mỗi con IC7415 có 3 cổng AND. Hình 3.3: Sơ đồ chân IC7415. -Ta dùng một con HCF4066 phục vụ cho việc chuyển mạch nạp: Hinh 3.4: Sơ đồ chân IC HCF4066 *Thông số của HCF4066: Điện áp nguồn nuôi : VDD = -0,5÷18 (V) chọn VDD = +12 (V) Điện áp đầu vào: VIN = -0,5÷VDD+0,5(V) Nhiệt độ làm việc : T = -40¸ 850 C Công suất tiêu thụ: P = 200 (mW) = 0,2 (W) -Ta sử dụng một con IC 7404 có sơ đồ chân như sau: Vcc Gnd 31 Hình 3.5: Sơ đồ chân IC7404 - Mạch sử dụng 11 khuyếch đại thuật toán (OA1→OA11) do vậy chúng ta cần 3 con IC TL084. mỗi con có sơ đồ bố trí chân như hình bên dưới: Hình 3.6: Sơ đồchân ICTL084. *Thông số của TL084 : Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ± 18 (V) chọn Vcc = ± 12 (V) Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: ± 30 (V) Nhiệt độ làm việc : T = -25¸ 850 C Công suất tiêu thụ: P = 680 (mW) = 0,68 (W) Tổng trở đầu vào : Rin= 106 ( MW) Dòng điện đầu ra : Ira = 30 ( pA). Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : du/dt = 13 (V/ms). 32 3.3.Sơ đồ khối và chức năng