Thiết kế phần nghịch lưu của bộ UPS

Nhiệm vụ thiết kế 1. Nhiệm vụ thiết kế. Thiết kế bộ UPS phần nghịch lưu với các thông số sau: Điện áp nguồn 220V, 50Hz ( ±10%) Công suất 15kVA Thời gian lưu điện 10 phút. 2. Nội dung: - Tính toán lựa chọn các thiết bị mạch động lực (dùng Transitor IGBT) - Thiết kế sơ đồ điều khiển van nghịch lưu. 3. Các bản vẽ: - Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển. - Các biểu đồ thời gian. Tài liệu tham khảo PGS. TS. Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic và ứng dụng - Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000. Điện tử công suất - Nguyễn Bính. Vi mạch và mạch tạo sóng - Tống Văn On. Master Replacement Guide (ECG is ISO - 9002 register). Chương i Giới thiệu về bộ ups 1. Giới thiệu chung Một nguồn điện tốt sẽ đảm bảo khả năng làm việc liên tục và có độ tin cậy cao đặc biệt là đối với các thiết bị, các hộ tiêu thụ điện nhạy cảm như: hệ thống mạng máy tính, các đài phát thanh, các trạm thông tin liên lạc, hệ thống chiếu sáng sân bay và các hệ thống quan trọng khác. Đối với hệ thống nhạy cảm về điện này, việc xảy ra một sự cố nhỏ có thể gây ra những thiệt hại lớn về chính trị và kinh tế. Hệ thống lưu điện chuyển đổi tĩnh được thiết kế để cung cấp cho các thiết bị nhạy cảm một điện áp ổn định, liên tục, thoát khỏi những nhiễu loạn đường điện như sự gián đoạn điện thế tức thời Hệ thống lưu điện với dự trữ năng lượng trong pin (ắc quy) sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng điện cho tải trong một khoảng thời gian, khoảng thời gian này thường đủ cho người dùng thực hiện những hành động cần thiết và tránh những hậu quả xấu đối với thiết bị. Vì vậy ngày nay UPS có mặt trong tất cả các hệ thống điện. ii. phân loại hệ thống lưu điện * Nguyên lý hoạt động của thiết bị lưu điện. UPS là một thiết bị nguồn, có nguồn đầu vào được nối với lưới điện, đầu ra nối với thiết bị tiêu thụ điện. Bên trong UPS có một bộ ắc quy dùng để dự trữ năng lượng. Khi có điện lưới nó cấp điện thẳng từ điện lưới cho thiết bị. Khi mất điện lưới nó sẽ đưa điện từ ắc quy lên. Mục đích là để cho hoạt động của thiết bị điện không bị gián đoạn. Các khâu chức năng của UPS. - Chỉnh lưu/nạp điện - Nghịch lưu - ắc quy Trong khuôn khổ đề tài là Thiết kế phần nghịch lưu của bộ UPS nên em chỉ đi sâu về phần này. Khối nghịch lưu: Cấu tạo bởi các van điện tử (bằng các quy luật đồng mở sẽ tạo ra điên áp xoay chiều gần sin có tần số 50Hz) biến đổi nguồn điện một chều từ ác quy cung cấp cho tải. UPS này khối nghịch lưu được lắp song song với lưới và không tham gia vào bất kỳ hoạt động nào khi lưới ổn định. Khi nguòn xảy ra sự cố mất điên, thì lúc này tải được ngắt ra khỏi lưới điện và nối tới nghịch lưu bắt đầu hoạt động biến đổi điện áp một chiều từ ác quy sang xoay chiều cung cấp cho tải. iii. sơ đồ cấu trúc nguồn lưu điện dự phòng Trong đồ án này nhiệm vụ thiết kế một nguồn cấp điện dự phòng hoạt động ở chế độ chờ có khả năng cung cấp một công suất thiết kế là 15kVA đảm bảo độ ổn định dòng điện áp trong thời gian gián đoạn cấp điện khi nguồn điện lưới bị mất, điện áp này là mức điện áp bình thường của mạng điện 220V/50Hz độ dao động 10%. Thời gian cấp điện có thể duy trì được trong khoảng 10 – 15 phút là khoảng thời gian cần thiết để khởi động máy phát dự phòng. 1. ắc quy. Là nơi tích trữ năng lượng điện một chiều để cung cấp nguòn cho bộ nghịch lưu khi mất nguồn điện lưới. Tham gia cấp điện của bộ nghịch lưu do dung lượng của ắc quy quyết định. 2. Bộ nghịch lưu. Biến đổi điện áp một chiều lấy từ nguồn ắc quy thành điện áp xoay chiều 1 pha. Bộ nghịch lưu được đấu song song với lưới và chỉ hoạt động khi nguồn vào chính có sự cố. 3. Bộ điều khiển nghịch lưu. Có nhiệm vụ điều khiển thời gian dẫn dòng của các van trên bộ nghịch lưu để tạo ra diện áp xoay chiều có độ ổn định cao cấp cho phụ tải. 4. Khoá chuyển mạch. Có chức năng đóng hoặc cắt để chuyển chế độ làm việc của hệ thống cung cấp điện áp từ nguồn điện lưới sang nguồn điện dự phòng lưu điện và ngược lại. Chương ii Thiết kế mạch lực của bộ lưu điện i. thiết kế mạch lực của bộ nghịch lưu I.1. Lựa chọn sơ đồ nghịch lưu. Trong các bộ nguồn lưu điện nghịch lưu thực hiện chức năng chính là lấy điện từ ắc quy cho thiết bị khi mất điện nguồn. Người ta thường sử dụng một trong hai bộ nghịch lưu đó là: + Nghịch lưu nguồn dòng + Nghịch lưu nguồn áp. Trong khuôn khổ đề tài là thiết kế bộ nghịch lưu nguồn áp và phần mạch lực dùng transistor IGBT nên chúng ta sẽ đi sâu về phần này. Ngày nay, trong các bộ lưu điện nguồn ta thường sử dụng các van bán dẫn trong sơ đồ nghịch lưu là transistor IGBT, bởi nó có nhiều tính ưu việt như tốc độ chuyển mạch nhanh. Công suất điều khiển yêu cầu rất nhỏ. Việc sử dụng các transistor IGBT làm đơn giản đáng kể việc thiết kế các bộ biến đổi và làm cho kích thườc của hệ thống điều khiển ngày càng thu nhỏ. Từ yêu cầu của đề tài ta chọn sơ đồ nghịch lưu là sơ đồ “nghịch lưu một pha nguồn áp dùng transistor IGBT”. Với sơ đồ này ta có thể nâng cao được chất lượng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu bằng phương pháp điều biến độ rộng xung để vừa điều khiển được điện áp ra và vẫn giảm nhỏ được ảnh hưởng của sóng hài. I.2. Sơ đồ nghịch lưu 1 pha nguồn áp dùng transistor IGBT. II.1.3. Tính chọn van cho bộ nghịch lưu. Bộ nghịch lưu được thiết kế để cung cấp cho tải có công suất tối đa là 1,5kVA. Giả sử hiệu suất của bộ nghịch lưu là 0,80 thì công suất vào bộ nghịch lưu là. Giá trị dòng điện phóng của ắc quy là: (Do điện áp từ ắc quy tới ta chọn 240V) Dòng điện trung bình qua van bộ nghịch lưu là: Điện áp mỗi van phải chịu: Chọn hệ số an toàn về dòng cho van là: k1 = 1,4 Hệ số an toàn về điện áp cho van là: ku = ,12 Khi đó dòng điện trung bình qua van lớn nhất là: Ivmax = Itbv. 1,4 = 51 (A) x 1,4 = 71,4 (A) Điện áp đặt lên van lớn nhất là: UCE =UCE. 1,2 = 240 . 1,2 = 288 (V) Chọn van transistor IGBT loại ký hiệu ECG3328 của PHILIPS chế tạo có thông số như sau: Icmax UCEbh UCEmax uGEmax UCE ton toff IGE 80A 6V 400v ±20V 80ns 400ns 1mA Tính chọn diod cho bộ nghịch lưu. Diod đệm cho bộ nghịch lưu phải chịu được điện áp ngược bằng giá trị điện áp lớn nhất đặt lên mỗi van. Dòng điện mà diot chịu được cũng bằng dòng điện lớn nhất chạy qua van do đó Ungmax = 144V Căn cứ vào các thông số của van ta chọn loại diot là loại ECG6064 do PHILIPS chế tạo có thông số như sau: Itb Ungmax DU 85A 400V 0,7V Chương iv Thiết kế mạch điều khiển nghịch lưu. i. giới thiệu nguyên tắc điều biến độ rộng xung Điện áp xoay chiều được tạo ra từ bộ nghịch lưu là điện áp không có dạng hình sin như mong muốn mà chỉ có dạng gần hình sin chữ nhật hoặc gần như chữ nhật có chứa rất nhiều trạng thái làm ảnh hưởng đến chất lượng điện áp đầu ra cấp cho tải. Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh được điện áp ra mà vẫn giảm nhỏ được sở hữu của các sóng hài bậc thấp. Để làm được điều đó có rất nhiều biện pháp thực hiện như: sử dụng bộ lọc LC. Như vậy, trọng lượng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao. Vì vậy, phương pháp “điều biến độ rộng xung PWM – Pulse Width Modulation” có thể đáp ứng được yêu cầu trên hiệu quả nhất. Điều biến độ rộng xung có nguyên lý cơ bản sau: Tạo một sóng dạng hình sin Um được gọi là sóng điều biến (xung mẫu) có tần số lớn hơn nhiều tần số sóng điều biến thường là bội ba (từ 1 – 10Khz). Dùng một khâu so sánh 2 tín hiệu Um và Up, từ các giao điểm của 2 sóng này ta xác định được khoảng tác động của xung điều khiển thyristor hoặc transistor công suất (góc chuyển mạch). Nếu sóng tam giác có tần số càng lớn thì độ mịn của điện áp đầu ra càng cao, chất lượng đảm bảo bởi theo yêu cầu của phụ tải. - Điều biến độ rộng xung đơn cực. Điện áp trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và ±E - Điều biến độ rộng xung lưỡng cực. Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số ±E. Tỷ số giữa biên độ sóng điều biên và biên độ sóng mang, ký hiệu là M được gọi là hệ số điều biến. Khi ta điều chỉnh độ lớn Am cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung. Khi M = 1 thì điện áp ra tải có biên độ là lớn nhất và muốn giảm nhỏ điện áp ra thì ta giảm nhỏ Am. I.1. Điều chế độ rộng xung đơn cực 1 pha. Transistor T1 được kích mở bởi xung chùm, trong nửa chu kì dương của sóng điều biến Up, còn transistor T4 trong nửa chu kỳ am của Uv. Dòng tải i, chậm pha so với điện áp tải U, trong khoảng U và i khác dấu, dòng tải nguồn e qua 2 diốt. Trong khoảng U = 0, thì dòng tải chảy qua một transistor của nhánh này và một điốt của nhánh khác, tải bị ngắn mạch, dòng điện nguồn is = 0. Sóng hài trong điện áp tải. Nếu chuyển gốc toạ độ sang 0’, điện áp tải U là một hàm chu kì lẻ. Khai triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng sin. Biên độ của sóng hài được tính theo công thức. Khi n = 1 thì Khi n = 3. Biên độ sóng hài có dạng tổng quát như sau: Trong đó: n = 1, 3, 5 ai là góc chuyển trạng thái, i biến thiên từ 1 đến k ak là góc chuyển trạng thái cuối cùng trước p/2 Như vậy, đối với điều biến độ rộng xung đơn cực, để điện áp tải không chứa các sóng hài bậc 3, 5 và 7 cần phải có. * Điều biến độ rộng xung lưỡng cực. Tỷ số điều biến M > 1, các transistor được điều khiển từng cấp T1, T3 và T2, T4. Nguồn E luôn luôn được nối với tải, thông qua hoặc T1, T3 và T2, T4. Do đó điện áp gồm 1 chuỗi xung, đô rộng khác nhau, không có những khoảng u = 0. * Sóng hài trong điện áp tải. Nếu chuyển gốc toạ độ sang 0’, dễ thấy rằng điện áp tải có dạng hàm chu kỳ lẻ, chỉ chứa các thành phần sin. Biểu thức tổng quát của biên độ sóng hài của điều biến rộng xung lưỡng cực. Khi u bắt đầu bằng một xung dương Khi u bắt đầu bằng một xung âm Đối với trường hợp đang xét, muốn loại trừ sóng hài bậc 3 và 5 cần phải có: Bằng phương pháp tính gần đúng tìm được như vậy, điện áp ra chỉ chứa sóng cơ bản và các sóng hài bậc cao 7, 9, 11 có thể xem 1.2. Sơ đồ khối và chức năng các khối trong hệ thống điều khiển nghịch lưu một pha theo nguyên tắc điều khiển PWM. Mạch điều khiển gồm những khối chính như sau: - Khối 1: Khối tạo điện áp gần hình sin Um (tần số 50Hz) Chức năng của khối này là tạo điện áp hình sin một pha có tần số 50Hz và biên độ có thể điều chỉnh được (gọi là sóng điều biến) để đưa tới đầu vào của bộ so sánh. - Khối 2: Khối tạo điện áp tam giác Có nhiệm vụ tạo một sóng tam giác có biên độ lớn hơn (thường là bội 3) tần số của sóng điều biến để đưa tới bộ so sánh cùng với sóng điều biến. - Khối 3: Khối so sánh. Thực hiện việc so sánh 2 tín hiệu sóng điều biến và sóng mang, tại các giao điểm của 2 sóng mang này ta xác định được thời điểm phát xung để điều khiển mở các transistor IGBT trên mạch lực. - Khối 4: Khối khuếch đại xung. Để đảm bảo cho transistor làm việc ở chế độ bão hoà thì ta phải đưa dòng điều khiển vào cực B cỡ 10%, dòng qua transistor nên bộ khuếch đại xung có chức năng khuếch đại tín hiệu điều khiển để đảm bảo cho việc mở các transistor một cách chắc chắn. - Khối 4: Khối nguồn Tạo một nguồn nuôi ổn định và đủ công suất cung cấp cho mạch điều khiển. I.3. Tính toán và chọn linh kiện cho mạch điều khiển. I.3.1. Mạch tạo điện áp hình sin cho một pha tần số 50Hz. Sử dụng mạch dao động cầu viên Điện trở Rf và Ra là nhiệt điện trở sao cho 2,9 < Kumax < 3,1 Chọn Ra = 10KW ta có Rf = 30 KW Lấy R = R1 = R2 = 10KW thì f0 = 1/6,28C1. 1000 = 50Hz ị CH = 0,3mF Dùng khuếch đại thuật toán mA 741 với nguồn cung cấp ±15V đ Ura = Ubh = 80% Vcc = ±12V I.3.2. Mạch tạo điện áp tam giác tần số cao (xung răng cưa) Các thông số được chọn như trên sơ đồ Chọn IC1 và IC2 là mA 741 trong đó IC1 được nối thành mạch dao động tự phục hồi tạo ra dạng sóng răng cưa trên tụ C1 và sóng vuông ngõ ra chan 6 của IC2 (mắc theo kiểu khuếch đại không đảo có hệ số khuếch đại K = 1) nó có tác dụng như mạch đệm giữa sóng trên tụ C1 và mạch tải bên ngoài. Hoạt động của mạch như sau: Tụ C1 được nạp điện theo hàm mũ về phía điện áp dương ở ngõ ra của IC1 qua R1 – RV6 cho đến khi đạt điện áp kích khởi (xác định bởi phân áp R2-R3). Lúc này ngõ ra của OMRAMP chuyển xuống trạng thái mức thấp của tụ C1 phóng điện về phái điện áp âm của IC1 qua R1 – RV6 cho đến khi đạt đến điện áp kích khởi lần thứ 2 (cũng xác định bởi phân áp R2 – R3) làm ngõ ra của OP chuyển trạng thái ban đầu và chu kỳ lại được lặp lại. Thay đổi trị số biến trở RV6 ta có thể hiệu chỉnh được tần số ra mong muốn (800Hz đến 8000Hz). I.3.3. Mạch so sánh: (Um và Up) Bộ so sánh tín hiệu giữa răng cưa và xung hình sin, ở chế độ này khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ bão hoà. Ta chọn khuếch đại thuật toán mA741 với nguồn cung cấp ±15V. Khi ta có: U = V+ - V Khi V+ > V thì Ura = + USAT Khi V+ < V thì Ura = -USAT Với USAT là điện áp của IC, với USAT = 80%U nguồn cấp cho IC. Xung ở đầu ra của mạch so sánh là xung chữ nhật với các độ rộng khác nhau. Chọn khuếch đại thuật toán mA741 làm mạch so sánh, có các thông số. Vcc = ±12V Ira = ±25mA Chọn Um = Up = 12V hay tỉ số điều biến bằng là một thì điện áp trên tải đạt max. 1.3.4. Mạch khuếch đại xung. U s R a R b FT R 1 R 2 +E 2 R 4 R 3 R 6 R 5 C 2 Q Tải C 1 T Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu điện áp đầu ra sau bộ so sánh là dạng xung vuông với biên độ xung là ± US được đưa vào đầu vào của mạch khuếch đại xung là ±Us được đưa vào đầu vào của mạch khuếch đại xung qua phô tô quang. Tuỳ theo cách mắc đầu vào ở phôto quang mà ta cho xung dương hoặc xung âm qua. Khi phô tô mở thì sẽ có sự sụt áp trên R1 và R4 mở transitor Q và có dòng chảy qua R3 và R4. Sụt áp trên R4 chính là điện áp mở cho T. Chọn thiết bị cho mạch khuếch đại xung. + Phô tô quang chọn loại EGC 3081 có các thông số: - Đầu ra kiểu NPN transitor. - Điện áp cách ly: 6000V. - Công suất tiêu tán: Phát triển = 250mW. - Dòng chuyển mạch đầu vào 60mA - Dòng Collector đầu ra 100mA - Điện áp đầu vào thuận: 3V. + Sụt áp trên RB = 3V, với US = ±12V. Chọn RB = 150W. ị RA = + Chọn transistor Q có tần số làm việc cao, khoá, mở chắc chắn. Ta chọn loại EGC397 có các thông số: Điện áp chịu đựng: Điện áp mở cho transistor Q nhỏ nhất là 0,6V để mở chắc chắn ta chọn UBE = 1,5V. Như vậy sụt áp trên R1 là 1,5V. Chọn R1 = 1,5 KW R2 = 100 KW + Chọn T là loại EGC3328 có điện áp mở đặt vào cực G UGemax = 6V để mở cho T mở chắc chắn ta chọn Umở = 2V. Chọn R3 = 100 KW R2 = 2 KW Như vậy điện áp sụt áp trên R4 ằ 2,2V được phân áp qua R5 và R6 đặt vào cực G của T. R5 đã hạn chế dòng IG của T chọn = 100W như vậy nếu chọn UGE = 2V thì Tụ C1, C2 đảm bảo cho hằng số thời gian tác động nhanh của Q và T . Chọn C1 = C2 = 102p. I.3.5. Khối nguồn nuôi mạch điều khiển. Vì mạch điều khiển và mạch lực được cách ly bởi photo quang nhưng vì điện áp cấp cho mạch lực là điện áp 1 chiều. Vì vậy ta có thể lấy 1 phàn điện áp trên ắc quy cấp ở mạch lực để cấp cho mạch điều khiển điện áp mạch điều khiển là ± 15V vì vậy ta chọn ắc quy 12V và được cấp qua IC7815 và 7915. Mạch cấp như sau: Điện áp đầu vào IC ổn áp nhỏ nhất là ±18V do đó sụt áp trên R1 và R2 sẽ là 24 – 18 = 6V. Dòng tiêu thụ toàn bộ mạch điều khiển ằ 500mA. Để đảm bảo điện áp luôn ổn định ±15V thì ta chọn dòng cực đại Idkmax = 1A. ị FT 1 R 4 R 6 R 3 R 5 Tải +E 1 R 2 R 1 Q 1 T 1 T 4 R 8 R 9 FT 2 R 12 R 10 R 11 T 2 R 7 Q 2 T 3 +E 2 FT 3 R 16 R 18 +E 2 Q 3 R 15 R 14 R 17 R 13 R 24 R 22 FT 4 R 21 R 23 R 20 Q 4 R 19 +E 3 R B R A R S +Ed = 120V a b -Ed = 0V Nguyên lý hoạt động của sơ đồ. Điện áp sau bộ so sánh là ±Us dạng xung vuông có cực tính đổi dấu. Khi Us < 0 làm FT1 và FT3 mở làm Q1 và Q3 mở cấp áp vào chân G T1 và T3 làm T1 và T3 mở dẫn dòng chảy từ +E2(120V) qua T1, qua tải, qua T3 về –E2 (0V). Trên tải ta có dòng chảy từ a đ b. Khi Us > 0 thì FT2 và FT4 mở đ điện áp UBE Q2 và Q4 thấp làm Q2 và Q4 mở cấp áp vào chân G T2 và T4 làm T2 và T4 mở dẫn dòng chảy từ +E2 (120V) qua T4 qua tải, qua T2 về -E2. Trên tải có dòng chảy từ b đ a như vậy ở trên tải nhận được dòng điện đảo chiều liên tục. +15V -15V _ + - + - + E 1 E 2 E 3 +Ed 240V BAX R S MDC 3842 +Ed -Ed S G K2545 D U ht IC MPC 3842: Điều chế độ rộng xung. Đầu ra IC là dạng xung vuông có độ rộng thay đổi, được đưa vào cực G của MOSFET K2545. MOSTET K2545 làm việc ngắt mở theo xung điều khiển làm dòng qua sơ cấp biến áp xung thay đổi gây ra cảm ứng song bên thứ cấp BAX. Cuối cùng bên thứ cấp BAX tat thu được các mức điện áp khác nhau phụ thuộc vào số vòng dây của cuộn thứ cấp. ở đây điện áp thứ cấp và sơ cấp được csach ly hoàn toàn, các nguồn bên thứ cấp cũng riêng biệt không phụ thuộc nhau. Chương iii Lựa chọn ắc quy. i. giới thiệu về ắc quy. ắc quy là thiết bị quan trọng trong bộ nguồn dự phòng UPS có chức năng dự trữ năng lượng điện làm việc dựa trên nguyên lý điện hoá hoạc, ắc quy sản xuất ra cần phải đảm bảo được các tính năng về điện như sau: Suất điện động lớn, ít thay đổi khi phóng hay nạp điện ắc quy phải làm việc thuận nghịch nghĩa là hiệu suất năng lượng cao Dung lượng cho một đơn vị trọng lượng và một đơn vị thể tích phải lớn Quá trình tự phóng điện nhỏ Tuổi thọ sử dụng cao. ắc quy có rất nhiều loại khác nhau: ắc quy axit hoặc ắc quy kiềm song thích hợp dùng UPS công suất lớn vẫn là ắc quy chì axit do có giá thành hạ. Cấu tạo cơ bản của ắc quy chì axit gồm các bản cực dương làm băng oxit chì (Pb2O) và bản cực âm làm bằng chì (Pb) được nhúng trong dung dịch axit. Để tăng diện tích trao đổi giữa các bản cực âm, các bản cực âm được cài răng lược với các bản cực dương. Mỗi bình ắc quy gồm một bản cực âm và dương nói trên được gọi là một đơn nguyên hay gọi là một ngăn. Mỗi ắc quy chì axit cho điện áp hở mạch là 2,1V. Dung lượng và dòng điện cho phép của mỗi ngăn ắc quy phụ thuộc vào diện tích và hợp chất các bản cực. Dung dịc điện môi axit H2O với tỷ trọng là D =1,2 – 1,3 g/cm3. Khi nạp và phóng điện tại các bản cực xảy ra các phản ứng thuận nghịch như sau: Phóng điện Nạp điện Pb + SO4 PbSO4 + 2e Tại các bản cực âm: Tại các bản cực dương Phóng điện Nạp điện PbO2 + 4H+ +SO-4 + 2e- PbSO4 + 2H2O Quá trình phóng điện xảy ra khi các bản cực dương và âm khác nhau về thành phần hoá học được nhúng trong dung dịch axit sunfuric tham gia và kết thúc khi thành phần hoá học của hai bản cực giống nhau. Axit sunfuric tham gia vào phản ứng làm cho dung dịch điện môi dãn dần, các phản ứng hoá học yếu dần và ắc quy mất dần khả năng phóng điện. Quá trình nạp điện nhờ một dòng điện cưỡng bức vào ắc quy làm cho phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại với quá trình phóng điện. Kết quả là các cực âm và cực dương được hoạt hoá và mang các thành phần hoá học khác nhau, các ion kết hợp với 2H+ làm cho nồng độ dung dịch điện môi tăng lên dung lượng của ắc quy lại được khôi phục, người ta nói ắc quy được nạp no. Dung lượng của ắc quy được tính bằng ampe giờ (Ah) xác định dòng phóng điện có thể trong một khoảng thời gian phóng điện cho trước ở một nhiệt độ và chế độ phóng điện nhất định. Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào chế độ phóng điện. Dưới chế độ phóng điện “sâu” (hay phóng điện chậm), dòng điện nhỏ, thời gian phóng điện dài thì dung lượng ắc quy lớn. Khi phóng điện với dòng điện lớn, thời gian phóng điện ngắn (thời gian phóng điện “nông”) thì dung lượng ắc quy giảm. Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của ắc quy, dung lượng của ắc quy thấp khi nhiệt độ thấp bởi khi đó các phản ứng hoá học xảy ra chậm hơn. Xong nhiệt độ ít ảnh hưởng đến chế độphóng điện “sâu” hay còn gọi là chế độ phóng điện chậm. Tuổi thọ của ắc quy được tính theo số chu kỳ phóng – nạp. Tuổi thọ của ắc quy tăng trong chế độ phóng điện nhanh và giảm đi trong chế độ phóng điện chậm vì các hoạt chất trong chế độ phóng điện chậm được sử dụng triệt để hơn. Thường tuổi thọ của ắc quy khoảng từ 500 – 2000 chu kỳ tùy thuộc vào chế độ phóng điện vì cách bảo quản. Trong quá trình phóng điện, điện áp của ắc quy thay đổi, không nên để ắc quy phóng điện ở điện áp thấp hơn 1,8V/1 đơn nguyên. Quá trình nạp điện thì điện áp của ắc quy cũng thay đổi theo quy luật nhất định. Cuối quá trình nạp điện áp làm việc của nó, ngưỡng trên điện áp nạp điện được chọn ở mức sinh khí vừa đủ để trộn vào dung dịch điện môi và làm giảm sự đóng lớp trên bề mặt điện cực. Ngưỡng dưới của điện áp phóng điện phải đảm bảo dung lượng sử dụng là lớn nhất nhưng vẫn giữ được tuổi thọ ắc quy theo yêu cầu. Đối với ngưỡng trên của điện áp nạp điện của ắc quy chì axit là: Chế dộ phóng điện “nông”: 2,6 + 2,54V/ngăn ắc quy. Chế dộ phóng điện “sâu”: 2,6 + 2,65V/ngăn ắc quy. Đối với ngưỡng dưới của điện áp phóng điện của ắc quy chì axit là: Chế dộ phóng điện “nông”: 1,9 V/ngăn ắc quy. Chế dộ phóng điện “sâu”: 1,7V/ngăn ắc quy. Lựa chọn ắc quy và cách ghép nối Nguồn ắc quy được tính toán để cung cấp điện áp 1 chiều là 240V trong thời gian khoảng 10 phút. Trên thị trường hiện nay ắc quy dùng cho UPS phổ biến là các loại 12/20Ah và 6V/7Ah để có điện áp 240V cần phải nối tiếp các ắc quy có điện áp bé với nhau. Số lượng ắc quy đủ để cung cấp một điện áp 240V là khoảng 10 bình loại 12V/20Ah. Các ắc quy được đấu nối tiếp với nhau. Kết luận Sau khoảng thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thiết kế, đến nay đồ án của em đã được hoàn thành. Nội dung của đồ án này đã nêu lên được hai vấn đề chính sau: + Nghiên cứu tìm hiểu về bộ nguồn dự phòng. + Thiết kế bộ nguồn dự phòng 15kVA (phần nghịch lưu). Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế, khoảng thời gian làm đồ án ngắn bộ phận thiết kế chỉ là những khâu cơ bản của bộ nguồn dự phòng. Do đó để có tính khả thi trong thực tế cần phải nghiên cứu thêm về bộ nguồn dự phòng để từ đó đưa ra được phương án tối ưu.