Đồ án Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động

theo sức phản điện động cho nên khi acqui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong acqui sẽ dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi acqui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho acqui. + Khi dung lượng acquy dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì acqui sẽ sôi và làm cạn nước. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp acqui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi acqui đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của acqui bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp. Do vậy đối với acquy axit ta nạp với các dòng điện nạp: + Dòng nạp ổn định In = 10% C20. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 12 Lớp: TĐH2_CĐK49 + Dòng nạp cưỡng bức In= (0.3÷0.5)C20. ¾ Từ các phân tích ở trên: - Ta tiến hành nạp acqui với dòng điện nạp không đổi: In = 0,1x40 = 4 A - Để đáp ứng yêu cầu của công nghệ cũng như hiệu quả kinh tế ta chọn phương pháp nạp acqui hỗn hợp dòng áp. - Với số lượng acquy là 100 chiếc, ta nạp điện cho acqui theo phương pháp hỗn hợp dòng áp: Mắc thành 10 dãy song song, mỗi dãy có 10 acqui nối nhau. + Dòng điện nạp In = 0,1x40x10 = 40A. + Điện áp nạp Un = 2,7x6x10 = 162V. V D A + - R + + - - A Un …… …… …… …… … … 10 dãy 10 acqui Hình I.6. Phương pháp nạp điện cho acqui Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 13 Lớp: TĐH2_CĐK49 CHƯƠNG II PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU ------------------------------ I. VẤN ĐỀ CHUNG. Bộ chỉnh lưu là thiết bị dùng để chuyển đổi nguồn xoay chiều thành nguồn điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều. Trong kỹ thuật có nhiều phương án chỉnh lưu như: chỉnh lưu không điều khiển (chỉnh lưu điốt), chỉnh lưu điều khiển (chỉnh lưu tiristor), chỉnh lưu một pha, ba pha, sáu pha. Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn lựa các phương án chỉnh lưu phù hợp nhằm đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật và kinh tế. Vì yêu cầu là chỉnh lưu điều khiển nên ta chọn phương án chỉnh lưu tiristor và sau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển Tiristor cơ bản. II. MỘT SỐ SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN TIRISTOR. II.1. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng. II.1.1. Sơ đồ nguyên lí. Tải : R + L U1 ~ Rd Ld T4 T1 T2T3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 14 Lớp: TĐH2_CĐK49 II.1.2. Dạng điện áp. Hình II.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha t t t t t t t 1i IT2 IT1 id Ung Ud GU U G1G2αG1α α 3Π2ΠΠ0 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 15 Lớp: TĐH2_CĐK49 II.1.3. Nguyên lí hoạt động. + Trong khoảng (α ÷ π): T1 và T3 dẫn, Id = IT1 =IT3, Ud=U21. + Trong khoảng (π+α ÷ 2π): van T2 và T4 dẫn, Id= IT2= IT4, Ud=U22. + Trong khoảng (2π ÷ 3π+α): van T1 và T3 dẫn, Ud=U21. Quá trình được lặp đi lặp lại ở các chu kì tiếp theo. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN + Điện áp trên tải: Ud = π2 1 θθ π dU .sin..2 2 2 0 ∫ = π1 θθ απ α dU .sin..2 2∫+ = ( )[ ]απαπ +− coscos22 2U + Dòng điện trên tải: Id = d d R U + Dòng điện qua van: IT = 2 dI + Điện áp ngược trên van: Ungmax = 1,41U2 + Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id + Dòng điện phía sơ cấp: I1 = 1,11.Id.Kba + Công suất tải: Pd = Ud.Id + Công suất máy biến áp: Sba = 1,23 Pd II.1.4.Nhận xét: Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha đối xứng có cấu tạo phức tạp hơn mạch chỉnh lưu điều khiển một pha có điểm trung tính. Mạch sử dụng nhiều kênh điều khiển hơn, điện áp và dòng điện liên tục trong suốt quá trình làm việc. Mạch thường được sử dụng trong những mạch có công suất nhỏ và vừa. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 16 Lớp: TĐH2_CĐK49 II .2. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng. II.2.1. Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp. Với tải : Rd + Ld α α α/2 U1 ~ Rd Ld T2 T1 D1D2 ud id iT1 iD2 iT2 iD1 i2 0 0 0 0 0 0 θ θ 0 θ θ 0 θ θ θ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 17 Lớp: TĐH2_CĐK49 II.2.2. Nguyên lý hoạt động. Trong sơ đồ các điốt Đ1, Đ2 vẫn mở tự nhiên ở đầu các nửa chu kỳ: Đ1 mở khi u2 âm; Đ2 mở khi u2 dương. Các Tiristo mở theo góc mở α . Tuy nhiên các van khoá theo nhóm: Đ1 dẫn sẽ làm T1 (cùng nhóm catốt chung) khoá, T1 dẫn sẽ làm Đ1 khoá; Tương tự Đ2 dẫn thì T2 khóa, T2 dẫn thì Đ2 khoá. Khi θ = α cho xung điều khiển mở T1. Trong khoảng θ = (α ; π): T1, Đ2 dẫn, ud = u2. Trong khoảng θ = ( π ; π+α ): Đ1, Đ2 dẫn; Đ1 dẫn ở π và làm T1 khoá; T2 chưa khoá nên Đ2 còn mở chưa khoá. Trong khoảng θ = (π+α ; 2π): Đ1, T2 dẫn; T1 dẫn làm D2 khoá, ud = -u2. Trong khoảng θ = ( 2π ; 2π+α ): T2, Đ2 dẫn. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN: + Điện áp tải: Ud = π 2 U2(1 +cosα) + Dòng điện tải: Id = Rd Ud + Dòng điện qua van Tiristor: IT = π απ 2 − Id + Dòng điện qua điốt: ID= ∫ +απ α2 1 Iddθ = π απ 2 + Id + Dòng điện thứ cấp: I2 = Id π α−1 + Điện áp ngược lớn nhất qua van: Ungmax = 2.83U2 + Công suất tải: Pd =Ud Id Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 18 Lớp: TĐH2_CĐK49 + Công suất máy biến áp: Sba = 1.48 Pd II.2.3. Nhận xét. + Hệ số cosϕ của sơ đồ cầu không đối xứng cao hơn so với sơ đồ cầu đối xứng. + Sơ đồ này không cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc. + Mạch thường được sử dụng với tải có công suất nhỏ và vừa. + Số van giảm so với sơ đồ cầu đối xứng giá thành hạ. II.3. CHỈNH LƯU ĐIỂN KHIỂN CẦU BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG. II.3.1. Sơ đồ nguyên lí. UC T1 Hình II.3. Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3F. D4 T3 D6 T5 D2 Rd U B UA Uc U b Ua Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 19 Lớp: TĐH2_CĐK49 II.3.2. Dạng điện áp. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 20 Lớp: TĐH2_CĐK49 II.3.3. Nguyên lí hoạt động. Ud Id iT1 iD4 Id ia Id Id θ θ θ θ D6 D2 D4 D6 T3T1 ua T5 T1 ub uc θ D2 ua θ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 21 Lớp: TĐH2_CĐK49 Trong sơ đồ này sử dụng: + 3 Tiristor ở nhóm Katot chung. + 3 Diot ở nhóm Anot chung. Giá trị trung bình của điện áp trên tải: Ud = Ud1 – Ud2 Trong đó: + Ud1 là thành phần điện áp do nhóm Katot chung tạo nên. + Ud2 là thành phần điện áp do nhóm Anot chung tạo nên. πθθπ απθθπ απ απ απ απ 2 63sin2 2 3 cos 2 63sin2 2 3 2 6 11 6 7 22 2 6 11 6 7 21 UdUU UdUU d d == == ∫ ∫ − − − − Vậy : )cos1(2 U63U 2d α+π= Điện áp thứ cấp máy biến áp: ) 3 2sin(39U ) 3 2sin(39U sin39U c b a π+θ= π−θ= θ= Giá trị trung bình của dòng tải: R UI dd = Giá tri trung bình của dòng chảy trong Tiristor và Diot: 3 d DT III == Giá trị điện áp ngược lớn nhất: 2max 6UUng = Công suất tải: Pd = Ud. Id Công suất máy biến áp: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 22 Lớp: TĐH2_CĐK49 dba PS 3 π= II.3.4. 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. II.4.Kết luận. Qua phân tích để lựa chọn sơ đồ đáp ứng được yêu cầu công nghệ cũng như kinh tế ta thấy: + Dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng và chỉnh lưu không đối xứng cầu ba pha cho chúng ta chất lượng điện áp và dòng điện tốt nhưng mạch sử dụng nhiều kênh điều khiển do vậy việc thiết kế mạch phức tạp, mạch sử dụng nhiều Tiristor nên giá thành cao không kinh tế. Do vậy ta chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển 1 pha không đối xứng. Mạch có những ưu điểm sau: + Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu 1pha đối xứng. + Đơn giản hơn vì số lượng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều khiển có it kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn. + Cùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều khiển chính xác hơn. CHƯƠNG III Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 23 Lớp: TĐH2_CĐK49 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC I. Sơ đồ mạch lực. +- ……… 10 dãy 10 acqui RS Rf T1 T2 D1 D2 AT ~ R0C0 R0 C0 … … ……… ……… … … A Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 24 Lớp: TĐH2_CĐK49 AT: Aptômat có nhiệm vụ bảo vệ quá tải, ngắn mạch đồng thời làm nhiệm vụ đóng cắt điện cho mạch lực. R-C: Mắc song song với các tiristor có tác dụng bảo vệ các tiristor khỏi quá áp khi chuyển mạch. V : Vônkế đo điện áp tải. A : Ampekế đo dòng tải. Rs : Điên trở sun lấy tín hiệu phản hồi dòng về mạch điều khiển. Rf : Lấy tín hiệu phản hồi áp về mạch điều khiển II. TÍNH TOÁN MẠCH LỰC. Số liệu cho trước: Điện áp nguồn một pha : U1= 220V; f = 50Hz. Dung lượng nạp : C = 40 Ah Số lượng acqui : n = 100. Do đó: + Dòng điện nạp : In = 40 A. + Điện áp nạp : Un = Ud = 162 V. + Chọn góc điều khiển : α = 300 II.1. Tính chọn van. Từ công thức: dU = )cos1( 2 2 απ + U . Điện áp Ud đạt max khi góc α = 0. V UU d 9,179 22 162.14,3 22 max 2 === π Điện trở nạp: Ω=−=−= 05,0 40 60.2162.0,2 n aqn I NU R Dòng điện nạp chạy qua Tiristor: AII dT 68,1614,3.2 52,014,3.40 2 . =−=−= π απ . Dòng điện chạy qua Diôt: AII dD 31,2314,3.2 52,014,3.40 2 . =+=+= π απ . Giá trị của dòng chạy qua cuộn thứ cấp của cuộn biến thế: AII d 54,3614,3 52,01.4012 =−=−= π α Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 25 Lớp: TĐH2_CĐK49 Điện áp ngược đặt lên Tiristor và Diot: VxUU ng 42,2549,17922 2 === Chọn van: Để đảm bảo cho các van hoạt động tốt chúng ta chọn van phải nhân thêm hệ số dự trữ : + Hệ số dự trữ về điện áp: ku = 1,6. + Hệ số dự trữ về dòng điện: ki =1,2. + Chọn van chịu được điện áp ngược : VxU ng 40742,2546,1 == + Dòng điện trung bình chạy Diot là: AxID 972,2731,232,1 == + Dòng điện trung bình chạy qua Tiristor: AIT 2068,16.2,1 == Do vậy tra sổ tay ta được: Chọn 2 Tiristor T35N500BOF(bảng p.2 trang 211 sách Tính toán và thiết kế các thiết bị Điện tử công suất _Trần Văn Thịnh) có các thông số như sau: + Dòng điện làm việc cực đại: Iđm = 35A. + Điện áp ngược cực đại đặt nên van: Ung = 500V. + Tổn thất điện áp: ∆U = 2V. + thời gian chuyển mạch(mở và khoá): tcm = 120µs. + Giá trị dòng điều khiển: Ig = 120 mA. + Điện áp điều khiển: Ug = 1,4 V. + Dòng điện tự giữ: Ih = 200mA. + Dòng điện rò: Ir = 20mA. + Nhiệt độ làm việc cực đại: Tmax = 125 0C. Chọn 2 Diôt S6460P-G (bảng p.1 trang 211 sách Tính toán và thiết kế các thiết bị Điện tử công suất _Trần Văn Thịnh) có các thông số như sau: + Dòng điện chỉnh lưu cực đại: Imax =30A. + Điện áp cực của Điốt : Ung = 500V. + Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diot: ∆U = 1,2V. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 26 Lớp: TĐH2_CĐK49 II.2. Tính toán mạch bảo vệ quá điện áp. 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 R – C: 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 hoá ) máy biến áp gây nên. Thông số của R – C phụ thuộc vào 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… t t Dạng điện dòng điện và điện áp UAC i Mạch bảo vệ quá áp R C D Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 27 Lớp: TĐH2_CĐK49 Tính toán: - Hệ số quá điện áp: im pim Ub U k . .= + k - hệ số quá điện áp. + impU - giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngược đặt nên Diôt hoặc Tiristor một cách chu kỳ. + b – hệ số dự trữ về điện áp, b =1 ÷ 2, lấy b = 1,6. + imU giá trị cực đại điện áp thực tế đặt nên Diôt hoặc Tiristor VUU ngim 42,254== Như vậy ta có: 23,1 42,254.6,1 500 . . === im pim Ub U k + Xác định các thông số trung gian, C*min(k), R*max(k), R*min(k). Sử dụng các đường cong trong sổ tay tra cứu ta có C*min(k) = 6; R*max(k) = 1,2; R*min(k) = 0,56 (tra trong đồ thị hình X.9 trang 262 Sách điện tử công suất _ Nguyễn Bính). + Xác định maxt i d d khi xảy ra trùng dẫn ta có phương trình t i C d dLtU =+ )sin(2 2 αω ⇒ maxt i d d = CL U 22 (với LC = 0,2mH). ⇒ maxt i d d = CL U 22 = sAsA μ/27,1/10.72,126510. 2,0 9,179.2 33 ≈= + Xác định Q, sử dụng các đường cong Q = f( t i d dI , ) Với sA d d AI t i d μ/27,1;40 == (tra trong đồ thị hình X.10 trang 263 sách Điện Tử Công Suất – Nguyễn Bính). Ta có Q = 30Aμ s. + Xác định R, C Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 28 Lớp: TĐH2_CĐK49 FC U QC im μ41,1 42,254 6.30.2..2 *minmin === Q UL RR Q UL R imim 2 . 2 . * max * min ≤≤ 6 3 6 3 10.30.2 42,254.10.2,02,1 10.30.2 42,254.10.2,056,0 − − − − ≤≤⇒ R 95.3431,16 ≤≤⇒ R Ta chọn theo giá trị chuẩn: R = 26Ω , C = 1,5 Fμ II.3. Tính Toán Máy Biến áp. Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp: U2 = 179,9V. Giá trị hiệu dụng dòng điện thứ cấp máy biến áp:. I2 =36,54A. + Công suất biểu kiến MBA: S2 = U2.I2 = 179,9x36,54= 6573,55 (VA) = 6,57355 (KVA) Chọn mạch từ 3 trụ, tiết diện trụ tính theo công thức: fC SKQ . 2= Trong đó : - C = 1 : Số trụ mạch từ - S2 = 6573,55 : Công suất MBA - f =50 : Tần số nguồn - K = 5 ÷ 6 chọn K = 5 )(33,5750.1 55,65735 2cmQ == Đường kính trụ: cmQd 5,8 14,3 33,57.44 === π Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn ( bảng 4.2a - Phụ lục sách thiết kế máy biến áp – Phan Tử Thụ): d = 9 cm + Chọn loại thép, các lá thép có độ dày 0.5 mm. + Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1,1 (T). + Chọn tỉ số: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 29 Lớp: TĐH2_CĐK49 M = d h = 2,3 →H = M.D = 2,3 x 8,5 = 19,55(cm) + Chọn chiều cao trụ h = 21 cm. Tính toán dây quấn: + Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: 158 1,1.10.33,57.50.44,4 220 ...44,4 4 1 1 === − TFe BQf UW (vòng) + Số vòng dây mỗi pha thứ cấp của máy biến áp: 1 1 2 2 .WU UW = . = 130158. 220 9,179 = (vòng) + Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: +Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: )/(75.2 221 mmAJJ == + Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là: A U IUI 88.29 220 54,36.9,179. 1 22 1 === + Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp. )(8,10 75,2 88,29 2 1 1 1 mmJ IS === + Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp. )(28,13 75,2 54,36 2 2 2 2 mmJ IS === Chọn dây quấn hình chữ nhật: + Tiết diện S1 = 11.1 mm2, a = 1.45mm, b= 8mm. + Tiết diện S2 = 14 mm2, a = 2,24mm, b= 6,40mm. Tra bảng p.5 trang 234_ Tính toán và thiết kế thiết bị điện tử công suất_Trần Văn Thịnh. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 30 Lớp: TĐH2_CĐK49 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN I. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU. - Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi tiristor, nó có vai trò quyết định đến chất lượng, độ tin cậy của bộ biến đổi. Mạch điều khiển rất đa dạng nhưng với hệ thống mạch lực cụ thể của mạch nạp cần có một hệ điều khiển thích ứng. Với mạch này, hệ điều khiển sẽ phát xung mở hai tiristor T1, T2. Các tiristor sẽ mở khi thoả mãn đồng thời hai điều kiện: - Một điện áp dương đủ lớn đặt lên hai cực của tiristor theo hướng từ anôt đến katôt. - Xung điện áp dương đưa vào cực điều khiển đủ lớn về biên độ, độ rộng. Để làm thay đổi điện áp ra tải chỉ cần thay đổi thời điểm phát xung điều khiển, tức là thay đổi góc mở α cuả các van. Ưu điểm của tiristor là chỉ cần dòng và áp điều khiển nhỏ nhưng có thể chịu được áp và dòng rất lớn chảy qua. - Hệ thống mạch điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu sau: + Phát xung điều khiển chính xác vào đúng thời điểm mà người thiết kế đã tính toán sẵn. + Các xung điều khiển phát ra phải đủ lớn về biên độ và độ rộng đề mở các van. + Xung điều khiển phải có độ đối xứng cao và đảm bảo được phạm vi điều chỉnh góc mở α. + Dạng xung được điều chỉnh thích hợp và tác động nhanh. + Đảm bảo hoạt 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. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 31 Lớp: TĐH2_CĐK49 II. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG. Dựa vào nguyên tắc điều khiển và yêu cầu của công nghệ ta thiết lập được sơ đồ khối của bộ điều khiển: Trong đó: Ung: Điện áp nguồn Uđk: Điện áp điều khiển II.1.Nguyên tắc điều khiển: Để điều chỉnh góc mở của các tirisor trong nửa chu kì điện áp dương ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos. II.1.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp: - Điện áp đồng bộ (ur), đồng bộ với điện áp dặt trên cực A – K của tirisor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh. - Điện áp điều khiển (uc) - điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ, thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh. ur m ur 0 α α π 2π uc t ĐF Utựa KĐX BĐC Ud Uph Uđk Ung BĐK BAX Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 32 Lớp: TĐH2_CĐK49 Bấy giờ hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là: ud= uc- ur Mỗi khi uc= ur thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được “ sườn xuống” của điện áp đầu ra của khâu so sánh. “Sườn xuống” này thông qua đa hài một trạng thái ổn định tạo ra một xung điều khiển. Như vậy, bằng cách làm biến đổi uc người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc mở α của tirisor. Giữa α và uc có quan hệ: mr c U u . πα = Người ta lấy Ucmax = Ur m II.1.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”: Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp: - Điện áp đồng bộ (ur), vượt trước uAK=Um.sinω t của tiristor một góc là 2 π : us=Um.cos tω - Điện áp điều khiển (uc) - điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ(theo hai chiều dương và âm). Nếu đặt u2 vào cổng đảo và uc vào cổng không đảo của khâu so sánh thì khi ur=uc ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái: Um.cosα =uc. t uc (ur + uc) ur ur 0 α Hình 4.3: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “ARCCOS” Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 33 Lớp: TĐH2_CĐK49 Do đó: α=arccos ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ m c U u . Khi uc= Um thì α=0. Khi uc=0 thì α= 2 π . Khi uc = -Um thì α=π . Như vậy, khi điều chỉnh ucmtừ trị uc= +Um đến trị uc= -Um, ta có thể điều chỉnh được góc mở α từ 0 đến π. Nguyên tắc điều khiển này được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao. II.2. Khâu đồng pha (ĐF): Có nhiệm vụ tạo điện áp trùng pha với điện áp thứ cấp biến áp mạch lực. Khâu này có chức năng xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α. Vì vậy nó có góc pha liên hệ chặt chẽ với điện áp mạch lực. Thông thường khâu đồng pha còn làm nghiệm vụ cách ly giữa mạch lực điện áp cao với mạch điều khiển điện áp thấp. Hình IV.1: Sơ đồ khối đồng pha. Tín hiệu đồng bộ có thể lấy từ biến áp lực cũng có thể lấy từ một biến áp khác. Do trong mạch điều khiển có nhiều khâu sử dụng nguồn điện áp thấp nên chúng ta dùng một biến áp có quấn nhiều cuộn dây thứ cấp, mỗi cuộn có một chức năng riêng biệt, trong đó sử dụng cuộn có điện áp 0V-12V-24V dùng cho khâu đồng bộ. Mạch tạo xung đồng bộ được lấy từ điện áp lưới U = 220V, f=50Hz, trùng pha với điện áp đặt nên cuộn sơ cấp của biến áp động lực. Hai điôt D2 và D3 làm nhiệm vụ chỉnh lưu tạo ra tín hiệu U1 làm ngưỡng để so sánh với tín hiệu một chiều. Giá trị điện áp một chiều sau chỉnh lưu là: VUUdUU 8,1012.9,0.9,022sin2 2 1 22 0 21 ===== ∫ πθθπ π R0 D4 D3D2 R2 D3 Ung 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 34 Lớp: TĐH2_CĐK49 Ta chọn 2 Diot D1 và D2 là diot IN4007. II.3. Khâu tạo xung đồng bộ. Điện áp U1 được so sánh với điện áp U0 để tạo ra các tín hiệu tương ứng với thời điểm điện áp nguồn đi qua điểm không. U0 càng nhỏ thì xung U2 càng hẹp và phạm vi điều chỉnh càng lớn Nựa chọn αmax = 1750 thì U0 = 02 5sin2U (IV.1) Chức năng riêng biệt, trong đó sử dụng cuộn có điện áp 0V-12V-24V dùng cho khâu đồng bộ. Mạch tạo xung đồng bộ được lấy từ điện áp lưới U = 220V, f=50Hz, trùng pha với điện áp đặt nên cuộn sơ cấp của biến áp động lực. Hai u1 urss 0 0 t t u0 u u2 0 t Hình IV.2. Khâu tạo xung đồng bộ Hình IV.3. Dạng điện áp khâu tạo xung đồng bộ R3 R4 R5OA2 R4 R3 R5 +E _ + D11 2 U0 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 35 Lớp: TĐH2_CĐK49 điôt D2 và D3 làm nhiệm vụ chỉnh lưu tạo ra tín hiệu U1 làm ngưỡng để so sánh với tín hiệu một chiều. Từ phương trình IV.1 ta có 0U = V48,1087,0.12.25sin.12.2 0 == . Ta có : 434 0 RR E R U += 434 1248,1 RRR +=⇒ 443 12)(48,1 RRR =+⇒ 43 52,1048,1 RR =⇒ 1,7 4 3 =⇒ R R Để tổn thất trên điện trở nhỏ chúng ta chọn R4 = 4,7KΩ, R3 = 33KΩ,R5= 2,2KΩ. II.4. Khâu tạo điện áp tựa (Utựa ): Tạo điện áp có dạng cố định ( tam giác, răng cưa, cosin…) có chu kỳ làm việc theo nhịp của điện áp đồng pha. Hình IV.4. Khâu tạo điện áp răng cưa OA3 R6 C1 T1 R7 -E + _ 2 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 36 Lớp: TĐH2_CĐK49 Nguyên lý cơ bản của khâu này là dùng mạch tích phân và khóa điện tử T1, T1 là tranristor ngược C828. Khi U2 = 0, T1 khóa tụ C1 được nạp điện bởi dòng điện: constI R EI CR === 6 t CR Edt R E C dtI C UU tt CCR 60 60 6 11 −=−=−== ∫∫ Tại thời điểm điện áp U2 chuyển từ 1 → 0 tụ C1 phóng hết điện ( UC1 = 0) và bắt đầu được nạp điện. Khi U2 = (0→1) tranristor T1 thông, tụ C1 bắt đầu phóng điện cho tới khi điện áp U2 = (1→0). Tụ C1 phóng điện trong suốt độ rộng của xung. Khi U2 chuyển trạng thái từ (0→1) tụ C1 được nạp điện trở lại. II.5. Bộ điều chế(BĐC). Bộ điều chế (hình IV.6)gồm bộ tạo xung cưa hay còn gọi điện áp tựa Utựa và bộ so sánh(SS), tín hiệu đồng bộ Uđk sẽ đồng bộ quá trình làm việc của máy phát xung răng cưa. Xung răng cưa đươc so sánh với tín hiệu điều khiên trong bộ so sánh. u2 u3 0 0 t t HìnhIV.5. Dạng điện áp tạo xung răng cưa URC SS Uđk URC Uđk t t Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 37 Lớp: TĐH2_CĐK49 Tại thời điểm Urc= Uđk thì bộ so sánh sẽ tạo ra một xung mà vị trí của nó trên trục thời gian sẽ phụ thuộc vào giá trị của tín hiệu điều khiển (hình IV.7). II.6. Khâu phản hồi. II.6.1. Khâu phản hồi dòng điện. Hình IV.6. Bộ điều chế urss D6 R (4)(3) Uđk R8 u3 urss 0 0 t t udk u u4 0 t OA3 Hình IV.7. Dạng điện áp bộ điều chế R20 R21 R22 R23 R24 R25 RS -E VR1 85 4 + _ + _ R3 R15 R14 R13 4066R12 R11 10 OA7 OA6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ nạp ăcqui tự động Sinh viên: Nguyễn Văn Bình 38 Lớp: TĐH2_CĐK49 Hình IV.8. Khâu phản hồi dòng điện. Điện áp phản hồi được lấy trên điện trở RS trên mạch lực. Tín hiệu này qua khuyếch đại thuật toán OA6 được lật lại tạng thái sau đó được cộng với tín hiệu chủ đạo lấy trên triết áp VR1 U4 = UfhI + Ucđ1 (Ucđ1 lấy trên triết áp VR1). Ban đầu khi chưa nối tải vào mạch, điện áp của bộ chỉnh lưu là Ud = U0, dòng điện Id = 0. Khi nối tải vào mạch dòng điện tăng lên, do nội trở của ắc qui nhỏ nên dòng điện sẽ tăng lên rất lớn sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc qui. Để hạn chế tốc độ tăng trưởng dòng điện chúng ta sử dụng khâu phản hồi dòng điện để giữ dòng điện luôn luôn ổn đ