Tìm hiểu về Acquy

C và nồng độ (r)=1,28 g/cm3 thì sức điện động ắc quy là 2,12V. Phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của ắc quy vào nồng độ của dung dịch khi (r) thay đổi từ 1,05-1,3 g/cm3 E= 0,84+r E: là sức điện động đo bằng vôn (V) r: là nồng độ dung dịch đo ở nhiệt độ t=150C. Sự thay đổi của sức điện động trên một đơn vị nhiệt độ của dung dịch được gọi là hệ số nhiệt trên thực tế nhiệt độ này rất nhỏ nên có thể bỏ qua. VD: với nồng độ dung dịch r=1,2g/cm3 thì hệ số nhiệt độ là t0=0,000268 V/0C b. Điện trở trong của ắc quy: Điện trở trong là tổng điện trở dung dịch điện phân, các tấm bản cực, vách ngăn cách ly và điện trở tiếp xúc giữa các điện cực và dung dịch điện phân. Khi dung lượng ắc quy (tổng số các bản cực) càng lớn thì các điện trở trong càng nhỏ. Điện trở trong tăng lên khi nhiệt độ dung dịch càng nhỏ. VD: Điện trở trong của ắc quy 6CT-84-EMC Với nhiệt độ dung dịch là -200C, 00C, +200C thì có các giá trị tương ứng là: 0,015; 0,01; 0,0085 W. Quá trình phóng điện của ắc quy sẽ kéo theo sự tăng giá trị của điện trở trong. Điện áp ắc quy càng lớn thì điện trở trong càng lớn. Đối với ắc quy dùng để khởi động, người ta cố gắng chế tạo làm sao cho điện trở trong càng bé để có dòng điện phóng là lớn nhất. Khi khởi động cơ thì tổn hao năng lượng là thấp nhất. Điện áp ắc quy khác với sức điện động của nó, là một trị số điện áp rơi trong mạch trong của ắc quy. (Điện áp ắc quy khác với ắc quy dùng để khởi động, người ta cố gắng chế tạo làm sao cho điện trở trong càng bé để có dòng điện phóng là lớn nhất. Khi khởi động cơ thì tổn hao năng lượng là thấp nhất.) Điện áp ắc quy khác với sức điện động cơ của nó là một trị số điện áp rơi trong mạch trong của ắc quy. Un=E+I.R Up=E-I.R I: dòng chảy qua ắc quy (A) R: điện trở trong của ắc quy (W) E: sức điện động của ắc quy (V) c. Dung lượng ắc quy: Dung lượng ắc quy là tổng điện năng của ắc quy cấp đến một giá trị điện áp bé nhất cho phép. Với dòng điện phóng càng tăng thì điện áp càng giảm. Ví dụ: Khi dòng phóng 0,05C20 thì điện áp giảm đến 1,7V. Nếu quá trình phóng điện với dòng phóng không đổi thì dung lượng ắc quy tính theo biểu thức: C=I.t I: dòng điện phóng. t: thời gian phóng. C: dung lượng phóng. Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào kết cấu của nó như số bản cực, chiều dày bản cực, vật liệu vách ngăn cách ly. Với số bản cực trong các ắc quy càng lớn thì dung lượng của nó càng lớn. 4) ắc quy kiềm ắc quy kiềm là ắc quy mà dung dịch điện phân được dùng là dung dịch kiềm. KOH hoặc NaOH tuỳ thuộc vào cấu tạo bản cực mà người ta chia làm ba loại: - Loại ắc quy sắt -> Niken. - Loại ắc quy Cadimi -> Niken. - Loại ắc quy bạc -> kẽm. ắc quy kiềm có cấu tạo tương tự ắc quy chì axit nghĩa là nó cũng gồm dung dịch điện phân, vách ngăn, các bản cực và vỏ bình… Bản cực của ắc quy kiềm thường chế tạo theo dạng thỏi. Giữa các bản cực được gắn các tấm ngăn ebonít. Chùm bản cực dương và âm cũng được nối như chùm bản cực của ắc quy axit để đưa ra các vấu của ắc quy. So với ắc quy axit, ắc quy kiềm tuy có giá thành cao, điện trở trong lớn nhưng lại có độ bền và thời gian sử dụng dài. Trong điều kiện máy làm việc khởi động nặng nề, thì nó có ưu việt hơn hẳn ắc quy axit. Quá trình nạp điện cho ắc quy không đòi hỏi nghiêm ngặt về trị số của dòng điện nạp. II. Nguyên lý hoạt động của ắc quy: Đặc tính cơ bản của ắc quy là quá trình phóng nạp. 1) Quá trình phóng điện: Khi ắc quy đã nạp no. Nếu ta nối hai đầu cực của ắc quy với phụ tải (chẳng hạn như một bóng đèn) thì quá trình phóng điện sẽ xảy ra theo chiều: Cực dương ắc quy -> tải -> cực âm ắc quy -> dung dịch điện phân -> cực dương ắc quy. Quá trình phóng điện của ắc quy, phản ứng hoá học xảy ra như sau: Tại cực dương: Pb + 2OH- + H2SO4 + 2e -> PbSO4 + 2H2O. Tại cực âm: Pb + SO4- - -> PbSO4 +2e. Như vậy, khi ắc quy phóng điện chì sun phát lại được hình thành ở hai đầu chùm bản cực, làm cho các bản cực dần trở lại giống nhau. Còn dung dịch axit bị phân tích thành cation 2H+ và anion SO4- -. Đồng thời quá trình phóng điện cũng tạo ra nước trong dung dịch, do đó nồng độ trong dung dịch giảm dần và sức điện động ắc quy cũng giảm. Uaq = Eaq - Ip.Rp Đặc tính phóng của ắc quy là quan hệ giữa: Up, Ep, r = f(tp); Ip= const. Cp= Ip. Tp Hình vẽ: 2) Quá trình nạp điện ắc quy. Khi ắc quy đã đổ đầy axit H2SO4. Bắt đầu quá trình nạp. Trên các bản cực sẽ sinh ra một lớp mỏng chì sun phát (PbSO4). Vì chì oxit tác dụng với axit theo phản ứng: Pb + H2SO4 -> PbSO4 + H2O. Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ắc quy thì dòng điện một chiều sẽ được khép kín mạch. Qua ắc quy và dòng điện đi theo chiều: Cực dương của nguồn một chiều -> đầu cực 1 ắc quy -> chùm bản cực 1 -> qua dung dịch điện phân -> chùm bản cực 2 -> đầu cực 2 của ắc quy -> cực âm nguồn 1 chiều. Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân, phân ly: H2SO4 -> 2H+ + SO4- - Cation H+ theo dòng điện đi về phía chùm bản cực nối với âm nguồn điện và tạo ra phản ứng tại đó. 2H+ + PbSO4 -> H2SO4 + Pb. Anion SO4- - chạy về phía chùm bản cực nối với các cực dương nguồn điện tạo ra phản ứng tại đó. PbSO4 + 2H2O + SO4- - -> 2H2SO4 + PbO2. Kết quả là chùm bản cực nối với dương nguồn điện có chì đioxit (PbO2) còn ở chùm nối âm nguồn điện có chì (Pb) như vậy hai bản cực đã khác nhau về cực tính. Quá trình nạp điện ắc quy. Từ các phản ứng hoá học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra lượng H2SO4 bổ sung vào dung dịch, đồng thời cũng trong quá trình nạp điện, dòng điện còn phân tích trong dung dịch điện phân khi H2 và O2 sinh ra. Lượng khí này sủi lên như bọt nước bay đi. Do đó, nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình nạp sẽ được tăng lên; ắc quy được coi là đầy (no) khi quan sát thấy dung dịch sủi bọt đều (hiện tượng sôi) lúc có thể cắt nguồn điện nạp -> quá trình nạp hoàn thành. Đặc tính nạp: Un, En, b = f(tn); In=const. Cn=In.tn. Hiệu suất: n= Cp/Cn Quá trình hóa học xảy ra trong ắc quy kiềm cũng giống như ắc quy axit. Nghĩa là các phản ứng xảy ra cũng có tính thuận nghịch. Nếu bản cực của ắc quy kiềm là sắt – Niken thì phản ứng hoá học xảy ra trên bản cực dương: Ni(OH)2 + KOH + OH-- Û Ni(OH)3 + KOH Trên bản cực âm: Fe(OH)2 + KOH Û Fe + KOH + 2OH- - Thông thường ắc quy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động sẽ đạt khoảng 1,7 -> 1,85 V. Khi ắc quy phóng điện hoàn toàn, sức điện động ắc quy là 1,2 -> 1,4 V. Như vậy điện thế phóng điện của ắc quy kiềm thấp hơn ắc quy axit. Chương II Tổng quan về UPS Điện ngày càng chiếm vai trò quan trọng trong cuộc sống , những yêu cầu về nó ngày càng khắt khe. Mỗi lĩnh vực đều có những yêu cầu riêng nhưng cho dù là điện sinh hoạt hay điện dành cho công nghiệp thì đều cần phải có sự liên tục và ổn định. Tuy nhiên để thực hiện nó là không hề đơn giản bởi trong quá trình sản xuất, truyền tải, tiêu thụ luôn có những sự cố không thể luờng trước sẽ ảnh hưởng đến chất lượng điện áp thậm chí làm gián đoạn việc cung cấp. Và tùy theo từng trường hợp sẽ gây ra những tổn thất khác nhau. Trong công nghiệp, gây nên những thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, gây thứ phẩm, phế phẩm, làm giảm hiệu suất lao động. Ngoài ra còn ảnh hưởng đến an ninh quốc gia, hệ thống giao thông, quốc phòng ... Do vậy đảm bảo độ tin cậy cấp điện và nâng cao chất lượng điện áp là mối quan tâm hàng đầu của hệ thống cung cấp điện. UPS (Uniterruptible Power Supply) là bộ nguồn liên tục.Với kỹ thuật tương tự chất lượng điện chỉ bao gồm 2 chỉ tiêu quan trọng nhất là điện áp và tần số. Vào cuối thế kỷ thứ 20, độ tin cậy cung cấp điện của các nước công nghiệp phát triển vào khoảng 99.9%. Điều này qui ra thời gian mất điện trong 1 năm là 8h, phổ biến dưới dạng mất 1 vài phút. Thời lượng mất điện như vậy không quan trọng lắm với hệ thống chiếu sáng hoặc hệ thống điện cơ. Đối với hệ thống kỹ thuật số, vấn đề không đơn giản như vậy.Độ tin cậy cung cấp điện của các hệ thống có máy tính công nghiệp cần phải tăng lên rất nhiều vì mất điện dù chỉ trong 1 vài mili giây có nguy cơ mất hết thông tin hoặc làm rối loạn quá trình trao đổi dữ liệu máy tính ; yêu cầu hệ thống kỹ thuật số phải khởi động lại. Ngày nay, yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện lên tới 10 con số 9 nghĩa là 99.99999999% 1. Các ứng dụng của UPS: UPS bảo vệ chống lại đột biến và tăng điện, cũng như sự sụt ỏp điện. Thiết bị này bao giờ cũng chứa một bộ acqui để duy trỡ điện, cú thể chạy trong một thời gian đủ để lưu lại cỏc kết quả cụng việc và tắt mỏy đỳng quy trỡnh, khụng gõy hư hỏng. Nếu làm việc trong một khu vực thường xuyờn bị mất điện, và/hoặc nếu kết quả cụng việc là quan trọng đến mức mà sự ngừng trệ mỏy sẽ gõy hậu quả rất tai hại thỡ UPS là thiết bị khụng thể thiếu. Ngày nay UPS được ứng dụng rất rộng rãi như trong y học các thiết bị điện tử y sinh, trong các phòng mổ (scanner, điện tâm đồ, thận nhân tạo ...). Trong ngân hàng: máy rút tiền, thị trường trứng khoán... Trong ngành thông tin liên lạc( điện thoại, truyền hình, fax)... Đặc biệt các hệ thống đo lường điều khiển hiện đại như các bộ logic lập trình PLC, các bộ điều khiển giám sát và thu nhập dữ liệu Scada, các máy tính công nghiệp, các dây chuyền sản xuất tự động. 2. Sơ đồ khối của UPS. Chỉnh lưu/ Nạp Nghịch lưu HTCC 2 HTCC 1 Ac qui Tải + Chỉnh lưu ứng dụng các thiết bị điện tử bán dẫn như diod, tiristor ... để biến đổi điện áp xoay chiều từ lưới điện thành điện áp 1 chiều đưa vào nạp ắc qui . + Bộ acquy có tác dụng lưu nguồn điện dự phòng . + Nghịch lưu Cung cấp điện áp ra tải từ bộ acquy,biến nguồn điện một chiều thành xoay chiều . 3. Chế độ vận hành của UPS Việc vận hành UPS theo các chế độ khác nhau tuỳ theo tình trạng nguồn và tải. Bình thường tải được cung cấp từ hệ thống cung cấp 1(HTCC1), ácqui luôn được nạp từ hệ thống cung cấp 2(HTCC 2). Khi xảy ra sự cố lưới cung cấp, tải được cấp điện từ acqui qua bộ nghịch lưu. Sơ đồ khối chi tiết Biến áp vào Chỉnh lưu Ac qui Nghịch lưu Biến áp ra Lọc ĐKNL Nguồn cho ĐKNL ĐKNL ĐKCL Nguồn cho ĐKCL Chương III Thiết kế và tính toán mạch lực I. Giới thiệu một số sơ đồ nghịch lưu: 1.1) Sơ đồ máy biến áp có điểm giũa. Sơ đồ gồm máy biến áp có diểm giũa ở phía sơ cấp , hai Tiristơ có anốt nối vào cực dương của nguồn nuôi E , thông qua hai nửa cuộn dây sơ cấp máy biến áp .ở đầu vào , người ta đấu nối tiếp một điện cảm Ld để ngăn chặn tụ điện C phóng điện vào nguồn E khi chuyển mạch Tiristơ và cũng để hạn chế đỉnh điểm của dòng điện ic khi khởi động . Dây quấn sơ cấp máy biến áp chia thành hai phần đều nhau , mỗi phần có n1 vòng . Thứ cấp máy biến áp có một cuộn dây, n2 vòng . Điện áp trên tải kí hiệu là u, dòng điện trên tải kí hiệu là i Hoạt động của sơ đồ Khi cho xung điều khiển mở T điểm a được T nối với cực 0 của nguồn E . Lúc này vc – va = u1 = E .Do hiệu ứng của máy biến áp tự ngẫu ,ta cũng có ve-vc=u1=E. Như vậy, tụ C được nạp đến điện áp bằng 2E , bản cực dương ở bên phải .Bây giờ nếu cho xung điều khiển T2 Tiristơ này sẽ đặt điện thế điểm e vào catốt của T1 ,khiến T1 bị khoá lại ;tụ điện C sẽ được nạp ngược để sẵn sàng khoá T2 khi cho xung điều khiển mở T1 lần sau . Bên thứ cấp máy biến áp ta sẽ nhận được điện áp hoặc dòng điện dạng “sin chữ nhật”, mà tần số của chúng phụ thuộc vào nhịp điệu phát xung điều khiển mở T1, T2 . Nhận xét : Ta thấy dòng điện hoặc điện áp ở đây là dạng “sin chữ nhật” do đó , nó chứa nhiều sóng hài bậc cao . Chất lượng điện áp sẽ không tốt . 1.2) Sơ đồ dùng hai Tran-sistor. T1 , T2 là hai Transistor công suất . Điện áp trên tải kí hiệu là u, dòng điện trên tải kí hiệu là i . Hai Điôt D1 , D2 đấu song song ngược với T1 ,T2 ,nhằm ngăn ngừa điện áp quá lớn xuất hiện giữa các cực transistor, nếu như tải có tính chất điện cảm Hoạt động của sơ đồ Giả thiết ở chế độ xác lập , T2 đang dẫn dòng ,dòng điện tải là i đang chảy theo mạch phía dưới . Nếu khi t = 0 ; i = - Im ta cắt xung điều khiển đặt ở T2 và ta tác động vào xung điều khiển đặt vào T1 ,kết quả sẽ là T2 bị khoá lại , T1 vẫn tạm thời ở trạng thái khoá vì dòng tải không thể đảo chiều đột ngột (vì trong mạch lúc nào cũng có một lượng điện cảm dù nhỏ hay lớn) , nó tiếp tục chảy theo đường cũ . Điôt D1 làm ngắn mạch T1 nên transistor này vẫn ở trạng thái khoá .Khi t=t1 là lúc i = 0 , D1 thôi dẫn dòng , T1 bắt đầu dẫn dòng .Bây giờ dòng điện đảo chiều chảy theo mạch T1 . Nhận xét : Trường hợp tải thuần trở: Điện áp tải có dạng sin chữ nhật , là một hàm lẻ , chu kỳ 2L= 2P ,như hình vẽ . Dòng tải là i chảy qua thì nguồn E luôn luôn cung cấp một dòng điện hằng : is =Is = Trường hợp tải L+R. Dòng điện và điện áp có dạng như hình vẽ: Trường hợp tải R+L+C , cộng hưởng nối tiếp : Điều kiện cộng hưởng là : wL = Điều kiện này cho phép xác định tụ điện C khi đã ấn định tần số cộng hưởng Dòng điện tải i là tổng các dòng điện do từng thành phần sóng hài của điện áp tải u tạo ra . Dòng điện tải có dạng hình sin . Kêt luận : Dạng điện áp và dòng điện phụ thuộc vào tải thuần trở , điện cảm hay điện dung. 1.3) Sơ đồ cầu một pha. Sơ đồ cầu một pha gồm bốn Tiristor , bố trí theo kiểu cầu ,từng cặp Tiristor T1 và T3 ,T2 T4 được điêu khiển một cách chu kỳ ,khi cho xung mở T1 thì T4 khoá lại và ngược lại ; khi cho xung mở T4 thì T1 bị khoá lại và ngược lại. Các điôt D1 , D2 , D3 , D4 , đấu song song ngược với các tiristor tương ứng ,là cần thiết khi tải mang tính cảm kháng . Từ một nguồn điện một chiều E ,sơ đồ cho phép tạo ra trên tải một điện áp “hình sin chữ nhật” có tần số biến đổi được . Hoạt động của sơ đồ . Giả thiết T2 và T4 đang cho dòng chảy qua .Khi t = 0 , cho xung mở T1 và T3 ;T2 và T4 bị khoá lại (do thiết bị chuyển mạch thực hiện) .Dòng tải i = - Im không thể đảo chiều một cách đột ngột .Nó tiếp tục chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch D1 - E – D3 - tải - D1 và suy dần .D1 và D3 dẫn dòng khiến T1 và T3 vừa kịp mở đã bị khoá lại .Điện áp trên tải là U = E . Khi t = t1 , i = 0 , D1 và D3 bị khoá lại , T1 và T3 sẽ mở lại nếu còn xung điều khiển tác động ở các cực G1 và G3 , dòng tải i > 0 và tăng trưởng , chảy theo chiều từ A đến B . Giai đoạn từ t = 0 đến t = t1 là giai đoạn hoàn năng lượng . Khi t = T/2 , cho xung mở T2 và T4 ; T1 và T3 bị khoá lại .Dòng tải i chảy qua D2 và D4 khiến cho T2 và T4 vừa kịp mở đã bị khoá lại . Khi t = t3 , i = 0 ,T2 và T4 sẽ mở lại , i < 0 , chảy theo chiều từ B đến A, … .Dòng tải i biến thiên theo qui luật hàm mũ giã hai giá trị Im và - Im . Các xung điều khiển tiristor thường là xung chùm . Để mở các tiristor T1 và T3 người ta phát xung chùm trong khảng từ 0 đến t2 .Để mở các tiristor T2 và T4 , người ta phát xung chùm trong khảng từ t2 đến t4 . Chất lượng điện áp tải và dòng tải . Điện áp tải có dạng “ hình sin chữ nhật “ , đối xứng .Nó là một hàm lẻ chu kỳ .Biên độ của số hạng thứ 10 bằng 5,2% số hạng thứ nhất. Biên độ của số hạng thứ 3 của dòng tải chỉ còn bằng 5,4% số hạng thứ nhất của nó . Như vậy đối với tải cảm kháng ,ta chỉ lấy 3 số hạng đầu trong khai triển Fourier của điện áp tải để tính toán cũng khá chính xác. Điều chỉnh điện áp ra trên tải. Người ta điều chỉnh điện áp ra bằng cách kích mở lệch các tiristor cùng cặp ,ví dụ T1 và T4 được mở trước T2 và T3 tương ứng , một góc b .Như vậy điện áp tải sẽ có một lúc bằng không .Điện áp này được gọi là điện áp “ hình sin gần chữ nhật” . Trong khoảng u = 0 ,dòng tải chảy qua một ở nhánh cầu này và một điốt ở đầu kia . 1.4) Sơ đồ điều biến độ rộng xung PWM . Các thiết bị biến tần trình bầy ở trên chỉ tạ ra được điện áp dạng hình sin chữ nhật ,hoặc gần chữ nhật , chứa nhiều sóng hài .Muốn giảm nhỏ ảnh hưởng của sóng hài , người ta có thể dùng các bộ lọc , và như vậy , trọng lượng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao . Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh được điện áp ra mà vẫn giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng hài bậc cao . Biện pháp “điều biến độ rộng xung “ nhằm đáp ứng yêu cầu trên. Nội dung chính của biện pháp này như sau : Tạo một sóng dạng hình sin um ,ta gọi là sóng điều biến ,có tần số bằng tần số mong muốn . Tạo một sóng dạng tam giác,biên độ cố định up ,ta gọi là sóng mang có tần số lớn hơn nhiều (thường là bội ba) tần số của sóng điều biến . Dùng một khâu so sánh để so sánh um và up .Các giao điểm của hai sóng này xác định khoảng tác động của xung điều khiển tiristor hoặc transistor công suất. Người ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại : Điều biến độ rộng xung đơn cực: điện áp ra trên tải là một chuỗi xung có độ rộng khác nhau ,có trị số 0 và +E trong nửa chu kỳ dương và 0 và -E trng nửa chu kỳ âm Điều biến độ rộng xung lưỡng cực : điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, có độ rộng khác nhau ,có trị số ±E. Tỉ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang ,ký hiệu là M , được gọi là Ttỉ số điều biến, M = . Điều chỉnh Am cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung . Khi M = 1 thì điện áp ra tải có giá trị lớn nhất .Muốn giảm nhỏ điện áp ra , ta giảm nhỏ Am. 1.5) Sơ đồ biến tần chứa ít sóng hài . Đặc điểm của các sơ đồ biến tần trình bày ở trên là , ngoài sóng cơ bản (sóng bậc một) còn chứa nhiều sóng hài .Sóng hài gây ra những tổn thất vô ích. Có thể triệt tiêu một số sóng hài bằng cách cộng các xung điện áp chữ nhật có tần số điện áp ra mong muốn ,nhưng lệch nhau về thời gian .Điện áp ra có dạng 12 bậc trng một chu kỳ .Độ rộng mỗi bậc bằng P/6. Với các sơ đồ trên ta chọn sơ đồ nghịch lưu ở đây là sơ đồ điều biến độ rộng xung PWM .Bởi vì chất lượng điện áp cũng khá tốt , cho phép tạo ra tần số mong muốn với yêu cầu. II. Lựa chọn sơ đồ thiết kế: Lựa chọn sơ đồ nghịch lưu: Chọn sơ đồ nghịch lưu cầu một pha đối xứng 2) Chọn tiristor Với yêu cầu điện áp ra là 220(V) và công suất là 15(kva) ,nên ta chọn Tiristơ giá trị các như sau: Điện áp cực đại là U = 220**1,6 = 497,8 (V). ta chọn là 500(V). Trong đó 1,6 là hệ số dự trữ về áp. Dòng điện trung bình là : I = 15000*1,2 / 220 = Trong đó 1,2 là hệ số dự trữ về dòng. Từ các yêu cầu trên ta chọn được Tiristơ có các thông số như sau: Điện áp cực đại là : Um =600 (V) Dòng điện trung bình là : Itb =160 (A) Điện áp nhỏ nhất đặt lên cực G để mở Tiristơ là : Ug = 7 (V) Dòng điện nhỏ nhất đặt lên cực G để mở Tiristơ là : Ig = 0,3 (A) Thời gian khoá của Tiristơ là : toff = 10 (ms) Dòng điện nhỏ nhất đặt lên cực G để duy trì khi Tiristơ đang mở là : Igmin =0.1(A). Sụt áp trên Tiristơ là :DU = 1 (V). Tốc độ tăng trưởng dòng điện (A/ms) :100 (A/ms) Tốc độ tăng trưởng điện áp (V/ms) :200 (V/ms) 3) Tính chọn RC để bảo vệ Tiristor Tiristor rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp. Có hai nguyên nhân gây lên quá điện áp: + Nguyên nhân nội tại: 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 Anôt và Catôt của Tiristor xuất hiện quá điện áp. + Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ nhảy, khi có sấm sét... Để bảo vệ quá điện áp người ta thường dùng mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây lên. Sơ đồ mạch bảo vệ quá điện áp Người ta thường chọn điện áp định mức của tiristor lớn hơn Unmax thực. Nhưng trị số này vẫn nhỏ hơn so với quá điện áp kể trên. Các quá trình quá điện áp có tốc độ tăng trưởng lớn. Đạo hàm điện áp sinh ra dòng điện chảy trong tụ C đấu song song với tiristor. Khi kích mở T tụ điện C sẽ phóng điện qua T, điện trở R hạn chế dòng điện này. Các linh kiện bảo vệ này có thể tính bằng công thức nhưng để đơn giản người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm, chọn : C = 0,05 R = 1 k Chương IV Thiết kế và tính toán mạch điều khiển I. Nguyên tắc chung của mạch điều khiển 1) Thyristor chỉ mở cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện : UAK > 0 IG > 0 Khi thyristor chuyển sang trạng thái dẫn thì cực điều khiển không còn tác dụng. Thyristor chỉ trở về trạng thái khoá nếu dòng điện IA < IH. ( IH : dòng điện duy trì ) Chức năng của mạch điều khiển : Tạo ra được các xung đủ diều kiện mở thyristor, độ rộng xung tx được tính theo biểu thức : di/dt : tốc độ biến thiên dòng tải. 2) Nguyên tắc điều khiển. (Ur+Udk) Ur wt 2p p Ur Udk 0 a a Udk a) Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Tổng đại số của Ur + Udk đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng cách làm biến đổi Udk ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra tức là điều chỉnh được góc a. Khi Udk = 0 ta có a = 0 Khi Udk 0 Quan hệ giữa a và Udk như sau: Lấy Udkmax = Urmax b) Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ''arccos'' Ur Udk (Ur+Udk) Ur Udk a 0 wt Nguyên tắc này cũng dùng hai điện áp - Điện áp đồng bộ Ur vượt trước điện áp anốt - katốt tiristor một góc bằng P/2 (Nếu UAK = A sincot thì Ur = B coscot). - Điện áp điều khiển được Udk là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng (dương và âm). Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anốt - katốt tiristor, từ điện áp này người ta tạo ra Ur. Tổng đại số Ur + Udk được đưa đến đầu vào của khâu so sánh. Khi Ur + Udk = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh. Udk + Bcosa = 0 Do đó a = arccos ( - Udk/B ) Thường lấy B = Udk max Khi Udk= 0 thì a = p/2 Khi Udk = Udk max thì a = P Khi Udk = - Udk max thì a = 0 Như vậy khi cho Udk biến thiên từ -Udk max đến +Udk max thì a biến thiên từ 0 đến P. II. Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bộ nghịch lưu: Tao xung hình tam giác Khâu so sánh II Khâu điều khiển I Khâu so sánh I Tạo xung hình sin Khâu điều khiển II T1 , T2 T3 , T4 Nửa chu kỳ dương Nửa chu kỳ âm Sơ đồ gồm bộ tạo xung tam giác ,tạo xung sin ,hai khâu so sánh , hai khâu điều khiển. Xung sin và tam giác sau khi tạo xong được tách ra và đưa vào hai khâu so sánh sau đó được đưa vào hai khâu điều khiển để điều khiển cặp Tiritơ tương ứng. 1) Chọn tần số của mạch tạo xung tam giác và xung hình sin. ở đây ta chọn tín hiệu ra trên tải có dạng như sau: Utải a, Đối với xung tam giác. Theo như trên, ta chọn xung tam giác có tần số là f = 500(Hz). b, Đối với xung hình sin . Ta chọn tần số dao động của mạch là f = 50 (Hz). 2) Nguyên lý hoạt động của mạch Bộ tạo xung tam giác tạo ra xung có tần số là f = 4RC (Hz) có dạng tín hiệu như hình vẽ : Bộ tạo xung sin tạo ra xung có tần số f = 2 P RC (Hz) dạng như hình vẽ: Tín hiệu sau khi tạo xong được chia làm hai một nửa chu kỳ dương và một nửa chu kỳ âm Vì một nửa chu kỳ dương và một nửa chu kỳ âm điều khiển là như nhau nên ta chỉ xét một nửa chu kỳ dương còn một nửa chu kỳ âm là hoàn toàn tương tự . Tín hiệu của nủa hình sin có dạng sau: Nửa chu kỳ dương này cùng với tín hiệu tam giác gửi vào bộ so sánh . Tín hiệu sau khi ra khỏi bộ so sánh có dạng : Tín hiệu đi vào khâu điều khiển sẽ được chia ra để điều khiển các Tiritơ. Tín hiệu điều khiển T1 , T2 có dạng : T III. Tính toán mạch điều khiển: 1) Bộ tạo xung tam giác: Mạch gồm 4 điện trở , 1 tụ , 2 OPAM . Trong đó có R1 , R2 , R chọn sao cho phù hợp với đầu bài . R1 , R2 ta chọn có giá trị bằng nhau và bằng 1(kW). Theo như phần xung tam giác ta chọn tần số của mạch là f = 500 (Hz) (hay chu kỳ T = 0,002(s)) mà f = 1/4RC . Ta chọn giá trị của C = 4,7 (hF) Vậy giá trị của điện trở R = 106 (W). Hai OPAM ở đây ta chọn là mA 741 có các giá trị như sau : Nguồn nuôi : ± 9 (V). Tín hiệu ra : 7,2 (V) Các điện trở R3 , R4 có tác dụng làm ổn định nhiệt cho hai OPAM. 2) Mạch tạo dao động hình sin: Mạch gồm 4 điện trở , 2 tụ , 1 OPAM . Trong đó có Ri , Rf , R chọn sao cho phù hợp với đầu bài . Rf , Ri ta chọn có giá trị bằng nhau và bằng 1(kW). Theo như phần tạo xung hình sin ta chọn tần số f = 50(Hz) mà f = 1/2PRC . Ta chọn giá trị của C = 4,7 (hF) , vậy giá trị của điện trở R = 667 (W). OPAM ở đây ta chọn là mA 741 có các giá trị như sau : Nguồn nuôi : ± 9 (V). Tín hiệu ra : 7,2 (V) 3) Tạo nửa chu kỳ dương và âm của xung hình sin: Để tạo nửa xung dương hay âm ta chỉ việc dùng hai Đi ôt đấu ngược chiều nhau là tạo được,cách tạo như hình vẽ: 4) Mạch so sánh tín hiệu: Hai mạch này chỉ bao gồm có hai OPAM là mA 741 nên ta cũng có các thông số về chúng như trên. Nguồn nuôi: ± 15 (V). Diện áp ra : 12(V). 5) Khâu điều khiển I và II: Tín hiệu ra khỏi khâu so sánh có dạng: 6) Chọn máy biến áp xung: Việc truyền tải xung đưa vào cực điều khiển tiristor thường dùng BAX vì nó có một số ưu điểm sau: - BAX dễ truyền tín hiệu điều khiển - Tạo được biên độ xung ra theo yêu cầu - Cách ly về điện giữa mạch lực và mạch điều khiển - Dễ thay đổi cực tính xung ra - Dễ phân bố xung đi các kênh điều khiển Theo như tính toán ta có Ug = (V) Đầu ra của tín hiệu tại khâu so sánh là (V) Theo phần tính toán ở mạch lực ta chọn van Tiristor loại C149D. Van có các thông số: Ug = 7 V Ig = 0,3 A Giả trị này là giá trị dòng và áp ở thứ cấp máy biến áp. Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM lõi có dạng hình