Đồ án Thiết kế máy nạp ăc quy tự động
Đồ án
Đề Tài:
Thiết kế máy nạp
ăc quy tự động
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Lời nói đầu
Đất nước ta đang bước trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hóa đất
nước. Trên con đường đổi mới do Đảng và Nhà nước lãnh đạo, đất nước ta đã đạt
được những thành tựu quan trọng trên mọi lĩnh vực. Nước ta là một nước đang
phát triển và đang dần tiếp cận với khoa học kỹ thuật hiện đại. Nhiều khu công
nghiệp hiện đại, khu chế xuất, các nhà máy, công ty sản xuất ra đời phục vụ cho
nhu cầu của con người. Đi cùng sự phát triển đó là những ngành điện , điện tử , kỹ
thuật số… giúp cho ngành công nghiệp nước ta hiện đại hoá với việc tiếp cận và sử
dụng đồng loạt các thiết bị tự động.
Nếu như trong thời kỳ đầu đổi mới, chúng ta cơ khí hoá cho các nhà máy, xí
nghiệp nhằm giảm nhẹ sức lao động chân tay của con người thì ngày nay tự động
hoá không những giải phóng sức lao động chân tay mà còn giảm nhẹ đi một phần
sức lao động trí óc của con người.. Chính điều này làm cho tự động hoá trở thành
đặc trưng của nền sản xuất công nghiệp hiện đại.
Trong sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngành tự động hoá đã có
những bước phát triẻn nhảy vọt. Tự động hoá được áp dụng cho từng máy, rồi đến
cả dây truyền công nghệ của nhà máy và tiến tới tự động hoá cả một ngành sản
xuất. Ngành tự động hóa dang tự khẳng định mình trong vai trò nâng cao chất
lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm, sử dụng hợp lý
và tiết kiệm nguyên nhiên liệu một cách tối đa… từ đó có thể giảm chi phí sản xuất,
giảm vốn đầu tư, trên cơ sở đó nâng cao được sức cạnh tranh cho sản phẩm làm ra
khi áp dụng tự động hoá trong sản xuất. Để đáp ứng nhu cầu và thị hiếu của người
tiêu dùng, hầu hết các nhà máy lớn đều áp dụng mô hình tự động hoá như nhà máy
xi măng, nhà máy thuỷ điện, nhà máy giấy, nhà máy bánh kẹo, nhà máy dệt…
Ngày nay trong công nghiệp , các mạch điều khiển người ta thường dùngkỹ
thuật số với các chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt và dễ dàng thay đổi
1
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
được cấu trúc tham số hoặc các luật điều khiển. Nó làm tăng tốc độ tác động nhanh
và có độ chính xác cao cho hệ thống. Như vậy nó làm chuẩn hoá các hệ thống
truyền động điện và các bộ điều khiển tự động hiện đại và có những đặc tính làm
việc khác nhau.
Trong ứng dụng đó thì việc áp dụng vào mạch nạp ăcquy tự động đang được
sử dụng rộng rãi và có những đặc tính rất ưu việt. Bởi ăcquy là nguồn cấp điện một
chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày,
cung cấp nguồn điện một chiều cho các nơi chưa có nguồn điện lưới như chiếu
sáng , tivi, thông tin liên lạc … điều khiển đo lường, cung cấp cho các thiết bị trên
giàn khoan ngoài biển … Chính vì vậy việc nghiên cứu, chế tạo ăcquy và nguồn nạp
ăcquy là hết sức cần thiết, nó ảnh hưởng rất lớn tới dung lượng và độ bền của
ăcquy.
Dưới đây em xin trình bày chi tiết toàn bộ nội dung của bản đồ án tốt nghiệp
với đề tài : “ Thiết kế máy nạp ẵcquy tự động” do thầy giáo Hà Tất Thắng, giảng
viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn.
Đồ án của em đã hoàn thành nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Hà
Tất Thắng, cùng với sự chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn và sự nỗ lực của bản
thân. Tuy nhiên do kiến thức và thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em không
thể tránh khỏi sai sót, em mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ
án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Hà Tất Thắng ,
người đã trực tiếp hướng dẫn em, cùng các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá xí
nghiệp công nghiệp – Khoa điện – Trường đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp em
hoàn thành bản đồ án này.
Hà Nội ngày 22 tháng 1 năm 2005
Sinh viên
2
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Lê Thị Thủy
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NẠP ẮC QUY
I- CẤU TRÚC CỦA MỘT BÌNH ẮC QUY.
Ắc quy là nguồn điện hoá, sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào vật liệu cấu
tạo bản cực và chất điện phân. Với ắc quy chì axít sức điện động của một ắc quy đơn là
2,1 vôn. Muốn tăng khả năng dự trữ năng lượng của ắc quy người ta phải tăng số lượng
các cặp bản cực dương và âm trong mỗi ắc quy đơn. Để tăng giá trị sức điện động của
nguồn người ta ghép nối nhiều ắc quy đơn thành một bình ắc quy.
Bình ắc quy được làm từ số những tế bào (cell) đặt trong một vỏ bọc bằng cao su
cứng hay nhựa cứng. Những đơn vị cơ bản của mỗi tế bào là những bản cực dương và
bản cực âm.Những bản cực này có những vật liệu hoạt hoá nằm trong các tấm lưới
phẳng. Bản cực âm là chì xốp sau khi nạp có mầu xám. Bản cực dương sau khi nạp là
PbO2 có mầu nâu.
Cấu trúc của một ắc quy đơn gồm có: phân khối bản cực dương, phân khối bản
cực âm, các tấm ngăn. Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau.
Cấu tạo của một bản cực trong ắc quy gồm có phần khung xương và chất tác
dụng trát lên nó. Khung xương của bản cực dương và âm có cấu tạo giống nhau. Chúng
được đúc từ chì có pha thêm 5 ÷ 8% Sb và tạo hình dạng mặt lưới. Phụ gia Sb thêm vào
chì sẽ làm tăng thêm độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành phần của chất tác
dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ) để tăng độ xốp, độ bền của
lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện phân dễ
thấm sâu vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học
của các bản cực cũng được tăng thêm.
3
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Phần đầu mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc quy đơn được hàn
với nhau tạo thành phân khối bản cực dương. Các bản cực âm hàn với nhau tạo thành
phân khối bản cực âm. Số lượng các cặp bản cực trong mỗi ắc quy đơn thường từ 5 ÷ 8.
Bề dầy tấm bản cực dương của các ắc quy trước đây thường khoảng 2mm. Ngày nay
với các công nghệ tiên tiến đã giảm xuống còn 1,3 ÷ 1,5 mm. Bản cực âm thừờng mỏng
hơn 0,2 ÷ 0,3 mm. Số bản cực âm trong ắc quy đơn nhiều hơn số bản cực dương một
bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực dương, do đó
bản cực âm nằm ra bên ngoài nhóm bản cực.
Tấm ngăn được bố trí giữa bản cực âm và bản cực dương là một tấm ngăn xốp có
tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Những tấm ngăn xốp cho phép
dung dịch chất điện phân đi quanh các bản cực vì trên bề mặt của nó có lỗ. Tấm ngăn
làm bằng vật liệu pôliclovinyl có bề dầy 0,8 ÷ 1,2 mm và có dạng lượn sóng. Một bộ
những sắp xếp như vậy goi là một phần tử.
Sau khi đã sắp xếp một bộ phận như trên, nó được đặt vào một ngăn trong vỏ
bình ắc quy. Ở bình ắc quy có nắp đậy mềm, các nắp đậy tế bào được đặt lên
sau đó những phiến nối được hàn vào để nối các cực liên tiếp của tế bào. Trong cách
nối này các tế bào được nối liên tiếp. Cuối cùng nắp đậy bình ắc quy được hàn vào.
Bình ắc quy có nắp đậy cứng có một nắp đậy chung làm giảm được sự ăn mòn
trên vỏ bình. Những bình ắc quy này có bản nối cực đi xuyên qua tấm ngăn cách từng
tế bào. Tấm ngăn cách không cho dung dịch điện phân qua lại các tế bào. Điều này làm
bình ắc quy vận hành tốt hơn vì bàn nối ngắn và đắp đậy kín.
Đầu nối chính của ắc quy là cọc dương và cọc âm. Cọc dương lớn hơn cọc âm để chánh
nhầm điện cực.
Người ta thường nối dây mầu đỏ với cực dương và dây màu đen với cực âm. Dây
cực âm được nối với lốc máy hay bộ phận kim loại. Dây cực dương được nối với bộ
phận khởi động.
4
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Nắp thông hơi được đặt trên nắp mỗi tế bào. Những nắp này có hai mục đích:
+ Để đậy kín tế bào ắc quy, khi cần kiểm tra nước hay cho thêm nước thì ta sẽ
mở nắp đậy này.
+ Khi nạp bình người ta cũng mở nắp đậy để chất khí hình thành có lối thoát ra.
Mỗi tế bào ắc quy có điện thế khoảng 2 vôn. Ắc quy 6 vôn có 3 tế bào mắc nối
tiếp. Ăc quy 12 vôn có 6 tế bào mắc nối tiếp. Muốn có điện thế cao hơn người
ta mắc nối tiếp các bình ắc quy với nhau. Hai ắc quy 12 vôn mắc nối tiếp sẽ tạo ra một
hệ thống 24 vôn.
Nồng độ dung dịch điện phân H2SO4 là γ = 1,1 ÷ 1,3 g/cm3. Nồng độ dung dịch
điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động của ắc quy.
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân tới điện trở và sức điện động của ắc
quy được trình bầy trong hình sau:
r(Ω/cm3)
E(V/ngăn)
2,5
2,0
5
4
3
2
1
0
Eaq
1,5
1,0
0,5
Điện trở dung dịch điện
0
γ(g/cm3)
1,0 1,1
1,2 1,3
1,4 1,5
1,6
II- QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG.
Bình ắc quy là bình chứa năng lượng cho hệ thống điện. Khi cần bình ắc quy sẽ
tạo ra dòng điện một chiều đi qua các thiết bị nối với các cực của nó.
Dòng điện trong bình ắcquy tạo ra do phản ứng hoá học hoặc giữa những vật liệu
trên bản cực và axit H2SO4 trong bình hay còn gọi là chất điện giải.
5
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Sau một thời gian sử dụng bình ắc quy bị hết điện. Tuy nhiên nó có thể được nạp
lại bằng cách cho một dòng điện bên ngoài đi qua nó theo chiều ngược với chiều phát
điện của bình.
Trong điều kiện bình thường ắc quy được nạp do dòng điện từ máy phát điện.
Để hoạt động tốt bình phải làm ba việc:
+ Cung cấp dòng điện khởi động động cơ.
+ Cung cấp điện khi hệ thống cần có mức điện lớn hơn hệ thống xạc có thể cung cấp.
+ Ổn định điện thế trong khi máy đang hoạt động.
ăcquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch. Nó tích trữ năng lượng dưới dạng hoá
năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Quá trình ắc quy cung cấp điện
cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện. Quá trình ắc quy được dự trữ năng lượng
gọi là quá trình nạp điện.
Phản ứng hoá học biểu diễn quá trình chuyển hoá năng lượng của ắc quy có dạng
PbO2 + 2SO4H2(H2O) + Pb ' SO4Pb + 4H2O + SO4Pb
Năng lượng của ắc quy quan hệ với quá trình biến đổi hoá học của các bản cực
và dung dịch điện phân được trình bầy trong bảng sau:
Trạng thái ăcquy
Bản cực dương
Dung dịch điện phân Bản cực âm
Nạp no
(
PbO2
(
H2SO4
(
Pb
(
phóng điện hết
PbSO4
H2O
PbSO4
Trong quá trình phóng nạp, nồng độ dung dịch điện phân của ắc quy thay đổi.
Khi ắc quy phóng điện, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi được nạp điện,
nồng độ dung dịch điện phân tăng dần. Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch
điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của ắc quy.
III- PHÂN LOẠI ĂCQUY.
6
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Cho đến nay có rất nhiều loại ắc quy khác nhau được sản xuất tuỳ thuộc vào
những điều kiện yêu cầu cụ thể của từng loại máy móc,dụng cụ, điều kiện làm
việc.Cũng như những tính năng kinh tế kỹ thuật của ắc quy có thể liệt kê một số loại
sau: + ắc quy chì (ắc quy axít)
+ ắc quy kiềm
+ ắc quy không lamen và ắc quy kiềm
+ ắc quy kẽm-bạc và ắc quy cat mi-bạc
Tuy nhiên trên thực tế ắc quy axít và ắc quy kiềm được sử dụng nhiều hơn. Nhưng
thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là ắc quy axít.Vì so với ắc quy kiềm nó có một
vài tính năng tốt hơn như :sức điện động của mỗi bản ”cặp bản” cực cao hơn, có điện
trở trong nhỏ vì vậy trong đồ án này ta chọn loại ắc quy axít để nghiên cứu và thiết kế.
IV- CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA ẮC QUY.
IV.1- Sức điện động của ắc quy:
Sức điện động của ắc quy chì axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân:
E0 = 0,85 + γ
(vôn)
Trong đó:
E0 là sức điện động tĩnh của ắc quy đơn, tính bằng vôn
γ là nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ 150C tính bằng g/cm3
Trong quá trình phóng điện, sức điện động của ắc quy được tính bằng công thức:
EP = UP +IP.raq
Trong đó :
EP : là sức điện động của ắc quy phóng điện
UP : là điện áp đo trên các cực của ắc quy khi phóng điện
IP : là dòng điện phóng
raq : là điện trở trong của ắc quy khi phóng điện.
Trong quá trình phóng điện, sức điện động En của ắc quy được tính như sau:
7
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Trong đó :
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
En = Un – In. raq
En : sức điện động của ắc quy nạp điện
In : dòng điện nạp
Un : điện áp đo trên các cực của ắc quy khi nạp điện
raq : điện trở trong của ắc quy khi nạp điện.
IV.2- Dung lượng phóng của ắc quy.
Dung lượng phóng của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng
lượng của ắc quy cho phụ tải, được tính theo công thức:
CP = IP. tP
Trong đó : CP : dung lượng thu được trong quá trình phóng điện, tính bằng Ah
IP : dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tP
IV.3- Dung lượng nạp của ắc quy.
Dung lượng nạp của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng
của ắc quy, được tính theo công thức:
Cn = In. tn
Trong đó: Cn - dung lượng thu được trong quá trình nạp điện, tính bằng Ah
In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tn
IV.4- Đặc tính phóng của ắc quy.
Đặc tính phóng của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện
động, điện áp ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng
điện phóng không thay đổi.
UE(V)
γ(g/cm3)
I(A)
Eaq
E0
2
1,55
UP
ΔE
10
Ip.raq
1,75
1,5
1
Vùng phóng điện cho phép
8
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
1,27
IP ∼ 0,05C20
γ
1,11
5
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Từ đồ thị ta có nhận xét:
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 hay thời gian cho phép tương
ứng với mỗi chế độ phóng điện (dòng điện) của ắc quy
Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc các đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu tiếp tục cho ắc
quy phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của ắc quy sẽ giảm rất nhanh.
Mặt
khác các tinh thể Sunfat 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 ắc quy sau này. Thời
điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép cảu ắc quy, các giá trị EP, UP, γ tại tgh gọi
là các giá trị giới phóng điện cho ắc quy.
Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động,
điện áp của ắc quy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời
gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc quy. Thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế
độ phóng điện của ắc quy.
Để đánh giá khả năng cung cấp điện của ắc quy có cùng điện áp danh nghĩa,
người ta quy định so sánh dung lượng phóng điện thu được của các ắc quy khi tiến
hành thí nghiệm ở chế độ phóng điện cho phép là 20h. Dung lượng phóng trong trường
hợp này được kí hiệu là C20
9
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Thời gian phóng điện cho phép, các giá trị giới hạn phóng điện của ắc quy phụ
thuộc vào dòng điện phóng. Sự phụ thuộc của dung lượng phóng vào dòng điện phóng
của ắc quy có dung lượng phóng định mức C20 (dung lượng phóng thu được ở chế độ
20h) là 60Ah được biểu diễn qua hình sau.
C20(%)
80
60
40
20
3
100
200
IP(A)
IV.5- Đặc tính nạp của ắc quy.
Đặc tính nạp của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động,
điện áp ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện
nạp không thay đổi.
U, E (V)
I (A)
V
2,7v
Bắt đầu sôi
2,4v
E0
Un
_
+
A
2,11v
2
10
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
1,95v
ΔE
In. raq
E0
Vùng
nạp
1,5
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Sơ đồ mạch nạp
Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét:
Trong khoảng thời gian nạp từ 0 đến t = ts , 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 cực của ắc quy đơn tăng tới giá trị 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, có tác dụng làm cho phần các chất tác dụng ở sâu trong
lòng các bản cực được biến đổi hoàn toàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng
điện của ắc quy.
Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc quy kéo dài từ 2 ÷ 3 h, trong suốt thời
gian đó hiệu điện thế trên các cực của ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân không
thay đổi. Như vậy dung lượng thu được khi ắc quy phóng điện luôn nhỏ hơn dung
lượng cần thiết để nạp no ắc quy.
Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc quy, nồng độ dung dịch
điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của ắc quy
sau khi nạp.
11
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắc quy.
Dòng điện nạp định mức đối với ắc quy qui định bằng 0,05C20.
CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ẮC QUY
Có ba phương pháp nạp ắc quy
I- NẠP VỚI DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI.
Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi cho phép chọn dòng điện nạp
thích hợp với mỗi loại ắc quy, đảm bảo cho ắc quy được nạp no. Đây là phương pháp
sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho các ắc quy mới hoặc nạp
sửa chữa cho các ắc quy bị sunfat hoá. Với phương pháp này, các ắc quy được mắc nối
tiếp nhau và thỏa mãn điều kiện:
Un ≥ 2,7 Naq
Trong đó : Un : điện áp nạp
Naq : số ngăn ắc quy đơn mắc trong mạch nạp
12
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
A
-
-
V
Un
+
+
A
A
V
R
R
-
-
+
+
Đặc tính nạp
I (A)
Uaq (V)
2,7
2
U
2
12
In = 0,05C20
8
4
1
Cn
0
20
t(h)
Trong quá trình nạp, sức điện động của ắc quy tăng dần, 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:
13
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Un − 2Naq
R =
In
Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng không đổi là thời gian nạp kéo dài
và yêu cầu các ắc quy đưa vào nạp có cùng cỡ 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 nhiêù nấc. Trong trường hợp nạp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất
chọn bằng (0,3 ÷ 0,5) C20 và kết thúc nạp ở nấc một khi ắc quy bắt đầu sôi. Dòng điện
nạp ở nấc thứ hai bằng 0,05 C20.
II- NẠP VỚI ĐIỆN ÁP NẠP KHÔNG ĐỔI.
Phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi yêu cầu các ắc quy được mắc song
song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng 2,3 ÷
2,5v cho một ngăn ắc quy đơn. Đây là phương pháp nạp điện cho ắc quy lắp trên ôtô.
Phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng điện nạp tự
động giảm theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp này ắc quy không được nạp no,
vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho ắc quy trong quá
trình sử dụng.
Để đánh giá khả năng cung cấp điện của ắc quy người ta dùng vôn kế phụ tải
hoặc đánh giá gián tiếp thông qua nồng độ dung dịch điện phân của ắc quy.
Quan hệ giữa nồng độ dung dịch điện phân và trạng thái điện của ắc quy được
biểu diễn trên đồ thị sau:
Eaq (V)
Mức độ nạp điện (%)
100%
1,27
1,26
1,25
1,24
1,23
1,22
1,21
1,20
1,19
75%
50%
25%
14
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
1,18
1,17
1,16
1,15
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
III- PHƯƠNG PHÁP NẠP DÒNG ÁP
- Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên .Nó tận dụng được
những ưu điểm của môĩ phương pháp.
- Đối với yêu cầu của đề tài là nạp ắc qui 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 pháp nạp ắc qui là phương pháp dòng áp.
- Đối với ắc qui axit :Để đảm bảo cho thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì
trong khoảng thời gian tn =8 giờ tương ứng với 75- 80% dung lượng ắc qui ta nạp với
dòng điện không đổi là In = 0,1 C10 .Vì theo đặc tính nạp của ắc qui 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 8 giờ ắc qui bắt đầu sôi lúc đó
ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 10 giờ thì ắc qui bắt đầu
no,ta nạp bổ xung thêm 2-3 giờ
- Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống như ắc qui axit nhưng do khả
năng quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp
In =0,2 C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5 C10
- 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.
Kết luận:
15
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
- Vì ắc quy là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên
khi ắc quy đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong ắc quy sẽ tự
động dâng lên không kiểm soát được sẽ làm sôi ắc quy dẫn đến hỏng hóc nhanh
chóng.Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp trong ắc quy
- Khi dung lượng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn
định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nước .Do đó đến giai đoạn này ta lại phải
chuyển chế độ nạp cho ắc qui sang chế độ ổn áp.Chế độ ổn áp được giữ cho
đến khi ắc quy đã thực sự no.Khi điện áp trên các bản cực của ắc quy bằng điện áp nạp
thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không,kết thúc quá trình nạp
- Tuỳ theo loại ắc quy mà ta nạp với dòng điện nạp khác nhau
+ ắc quy axit: dòng nạp In = 0,1 C10
Nạp cưỡng bức với dòng điện nạp In = 0,2 C10
+ ắc quy kiềm dòng nạp In = 0,2 C10
Nạp cưỡng bức In = 0,5 C10
IV- MỘT SỐ YÊU CẦU KHI CHĂM SÓC VÀ SỬ DỤNG ẮC QUY.
Chăm sóc và sử dụng ắc quy đúng kĩ thuật sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng, kéo dài
tuổi thọ của ắc quy và đảm bảo an toàn cho xe và người sử dụng.
Một số công việc chăm sóc chính là:
- Luôn đảm bảo đủ mức dung dịch điện phân, khi thiếu phải bổ xung bằng nước cất cho
đủ.
- Bề mặt bình ắc quy phải luôn khô để tránh hiện tượng phóng điện trên bề mặt ắc quy.
- Phải luôn kiểm tra và thông các lỗ thông hơi ở trên nút của ngăn ắc quy.
- Trong quá trình sử dụng, định kì (khoảng 4 tháng một lần) phải tháo ắc quy ra khỏi xe
đưa về xưởng để nạp no (nạp với dòng điện nạp không đổi).
Trong sử dụng cần tuân thủ các nguyên tắc sau:
16
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
- Ắc quy được bố trí ở vị trí luôn được thông gió, tránh bị qua nóng, rung xóc trong quá
trình vận hành.
- Không cho ắc quy tiếp tục phóng điện khi dã quá giới hạn phóng điện cho phép.
- Không nạp điện cho ắc quy với dòng nạp lớn quá qui định.
- Các đầu dây nối với các cực của ắc quy phải bắt chặt, thánh làm ắc quy bị ngắn mạch.
- Dây cáp dẫn điện từ ắc quy đến máy khởi động nên làm ngắn đến giới hạn có thể để
tránh tổn thất trên đường dây trong quá trình khởi động.
- Thời gian mỗi lần khởi động động cơ không nên kéo dài quá 20 giây, thời gian ngừng
giữa 2 lần khởi động liên tiếp không ít hơn 3 phút, không nên khởi động liên tiếp quá 4
lần.
CHƯƠNG III
LỰA CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI
I- VẤN ĐỀ CHUNG.
Chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện
một chiều cung cấp cho phụ tải một chiều. Phụ tải một chiều có thể là các động cơ điện,
mạch kích từ của máy điện, một cuộn dây của nam châm điện và một số thiết bị sử
dụng điện.
Có nhiều dạng phương án chỉnh lưu: chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có
điều khiển, chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu ba pha. Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của đồ
17
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
án mà lựa chọn phương án thích hợp nhằm đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật
và kinh tế . Với số liệu :
+ Số bình: 54 bình mắc nối tiếp
+ Điện áp: 2 vôn/bình
+ Dung lượng: 150A.h
+ Điện áp nguồn 3 × 380V, 50Hz.
Theo nhiệm vụ thiết kế ta dùng chỉnh lưu cầu ba pha cho nguồn nạp. Ta xét hai
sơ đồ:
+ Sơ đồ cầu ba pha đối xứng
+ Sơ đồ cầu ba pha không đối xứng.
II- PHÂN TÍCH CÁC SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU.
II.1 Sơ đồ cầu 3 pha đối xứng
a. Sơ đồ mạch lực
id
T1
T3
T5
UA
UB
L
Ud
UC
R
T4
T6
T2
Sơ đồ cầu ba pha gồm 6 Tiristor chia làm 2 nhóm:
* Nhóm catốt chung T1, T3 và T5
18
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
* Nhóm anốt chung T4, T6, và T2
b. Hoạt động của sơ đồ
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
π
Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chạy quaVF = Vc , VG = Vb. Khi θ = θ1 = + α. Cho
6
xung điều khiển mở T1. Tiristor này mở vì Va > 0. Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại
một cách tự nhiên Va > VC. Lúc này T6 và T1 cho dòng chạy qua điện áp trên tải:
Ud = Uab = Ua - Ub
(II - 1)
3π
Khi θ = θ2 =
+ α cho xung điều khiển mở T2. Tiristor này mở vì T6 đang dẫn
6
dòng, nó đặt Vb nên anốt T2. Khi θ = θ2 thì Vb > Vc. Sự mở của T2 làm cho T6 bị khóa
lại một cách tự nhiên vì Vb > Vc.
π
Cách xung điều khiển lệch nhau lần lượt được đưa đến các cực điều khiển của
3
các Tiristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1…
Trong mỗi nhóm khi một Tiristor mở nó sẽ khóa ngay Tiristor dẫn dòng trước nó, xem
bảng tóm tắt sau.
Thời điểm
Mở
Khóa
T1
T5
π
θ1 = + α
6
T2
T3
T6
T1
3π
6
θ2 =
θ3 =
+ α
+ α
5π
6
19
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
T4
T5
T6
T2
7π
6
θ4 =
θ5 =
θ6 =
+ α
+ α
+ α
T3
T4
9π
6
11π
6
* Giá trị trung bình của điện áp tải:
3 6 U
Ud =
2 .cosα
(II - 2)
(II - 3)
π
* Giá trị trung bình của dòng điện tải:
Ud
Id =
Rd
* Giá trị dòng trung bình chảy qua van:
Id
Itbv
=
(II - 4)
3
* Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van:
Ung max = 6.U2
(II - 5)
* Công suất máy biến áp
Sba = 1,05 . Pd
(II - 6)
* Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp máy biến áp:
I2 = 0,816.Id (II - 7)
c. Dạng điện áp.
20
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
21
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Ud
T1
T3
T5
θ
θ1
0
θ2
T6
T2
T4
Id
Id
θ
iT1
iT2
θ
θ
iT3
iT4
θ
θ
iT5
iT6
θ
II.2 Sơ đồ cầu ba pha không đối xứng
a. Sơ đồ mạch lực
iT!
id
T1
T3
T5
22
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
VA
L
i2a
VB
Ud
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Trong sơ đồ cầu 3 pha không đối xứng người ta có thể sử dụng 3 Tiristor ở nhóm
ca tốt và 3 điốt ở nhóm catốt.
b. Hoạt động của sơ đồ
Sơ đồ cầu 3 pha không đối xứng đấu 3 Tiristor và 3 điốt nối tiếp nhau làm việc
độc lập trên cùng một phụ tải.
Trong sơ đồ Ud1 là thành phần điện áp tải do nhóm catốt chung tạo ra, còn Ud2 là
thành phần do nhóm anốt chung tạo ra. Vì mạch tải có điện cảm lớn nên dòng tải được nắn
thẳng id= Id. Trong khoảng θ đến θ1, T5 và T6 cho dòng tải id = Id chảy qua D6 đặt điện thế
Vb lên anốt D2.
Khi θ ≥ θ1 điện thế catốt D2 là Vc bắt đầu nhỏ hơn Vb, đi ốt D2 mở, dòng tải id = Id
chảy qua D2 và T5, Ud= 0.
Khi θ = θ2 cho xung điều khiển T1 mở.
Trong khoảng θ2 và θ3, T1 và D2 cho dòng tải Id chảy qua. D2 đặt điện thế Vc lên
anốt D4.
Khi θ ≥ θ3 điện thế catốt D4và Va bắt đầu nhỏ hơn Vc, điốt D4 mở, dòng tải Id
chảy qua D4 và T1, Ud= 0.
Góc mở α về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 ÷ π. Điện áp điều chỉnh có thể
điều chỉnh được từ giá trị lớn nhất đến 0.
+ Ưu điểm của sơ đồ: Dùng ít số van điều khiển, hệ số công suất cao.
23
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
+ Nhược điểm của sơ đồ: Số lần đập mạch của góc chỉnh lưu phụ thuộc vào góc
điều khiển α. Với góc α nhỏ dạng điện áp gần như sơ đồ cầu 3 pha đối xứng. Tuy nhiên
khi góc α tăng lên điện áp ra chỉ còn đập mạch 3 lần trong một chu kỳ.
* Giá trị trung bình của điện áp tải:
3 6
Ud =
(1+ cosα)
(II-8)
U
* Giá trị trung bình của dòng điện tải:
Ud
Id =
(II - 9)
(II - 10)
Rd
* Giá trị trung bình của dòng chảy qua van:
Id
It = Id =
3
* Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van:
Ung max = 6 U2
(II - 11)
(II -12)
* Công suất của máy biến áp:
Sba = 1,05 Pd
* Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp máy biến áp:
I2= 0,816Pd
(II - 13)
24
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
c. Dạng điện áp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
α=π/2
Ud
Ud1
Ud
Ub
Ua
Uc
T5
T1
T3
θ
0
θ1
θ5
θ3
θ2
θ4
Ud2
D6
2π
D2
D4
id
Id
0
θ
iT1
θ
θ
θ
0
iD4
0
i2a
0
III. CHỌN PHƯƠNG ÁN
Qua phân tích hai sơ đồ chỉnh lưu: Cầu ba pha đối xứng và cầu ba pha không đối
xứng ta có nhận xét sau:
+ Công suất máy biến áp như nhau: P = 1,05 Pd
+ Điện áp ngược cực đại van chịu được đều bằng 6 U2 .
25
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
Hai sơ đồ cầu ba pha đối xứng và không đối xứng khác nhau ở chỗ:
+ Sơ đồ cầ ba pha đối xứng có 6 van điều khiển còn cầu ba pha không đối xứng
có 3 van điều khiển nên ít kênh điều khiển vốn đầu tư giảm, hệ thống có thể điều khiển
đơn giản hơn, ít số van điều khiển nên có ưu điểm về kinh tế.
+ Sơ đồ cầu ba pha không đối xứng có thể điều khiển các Tiristor một cách trực
mà không cần cách ly bằng biến áp xung.
Qua phân tích trên ta lựa chọn phương án dùng sơ đồ cầu ba pha không đối xứng
dùng cho mạch nạp ắcquy tự động. Phương án này vừa đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật
vừa đảm bảo cho việc thiết kế.
26
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
CHƯƠNG IV
MẠCH ĐỘNG LỰC
I. TÍNH TOÁN MẠCH LỰC.
Phương án thiết kế cho mạch nạp ắcquy là sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đối
xứng, sơ đồ mạch lực như sau:
I.1. Sơ đồ mạch lực
~ ~
380
AT
MBA
D4
D6
T1
T3
T5
D2
V
A
Rs
Rf
AQ
CK
27
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Trong đó:
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
AT: Áp tô mát làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn có bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
MBA: Máy biến áp làm nhiệm vụ biến đổi điện áp nguồn sao cho phù hợp với
điện áp ra của tải.
RS: là điện trở lấy tín hiệu phản hồi dùng loại …. 30A - 75mV.
AQ: ắc quy
Rf: là điện trở phụ để lấy tín hiệu phản hồi áp, cho mạch ổn định điện áp.
CK: Cuộn kháng dùng để hạn chế sự tăng trưởng tốc độ của dòng điện.
T1, T3, T5 Là bộ chỉnh lưu, dùng để điều chỉnh điện áp xoay chiều
D2, D4, D6 thành điện áp một chiều.
V
A
: Đồng hồ đo điện áp và dòng điện .
Từ các thông số đã cho:
+ 54 bình ắc quy mắc nối tiếp, mỗi bình 2 vôn.
+ Điện áp nguồn 3 × 380V, F = 50Hz.
+ Ắc quy có dung lượng: 150 A.h
Điện áp danh định của mỗi ắc quy là 2V. Nhưng khi nạp ắc quy, để nạp no thì
điện áp danh định của mỗi ắc quy đơn lên tới 2,7V.
Vậy Ud= 2,7 × 54 = 146 (V)
Thông thường khi nạp ắc quy ta nạp dòng điện bằng 10% dung lượng định mức.
Ở đây ta chế tạo bộ nguồn có dung lượng bằng 20% dung lượng định mức.
Vậy ta có dòng điện tải Id:
20 −150
Id =
= 30(A)
100
28
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy nạp ăcquy tự động
I.2. Tính toán máy biến áp.
Máy biến áp công suất cỡ chục KVA là loại máy biến áp công suất nhỏ, sụt điện
áp trên biến áp khoảng 4% sụt điện áp trên cuộn kháng khoảng 1,5%, điện áp sụt trên
hai van nối tiếp nhau là 2V.
Khi đó ta có điện áp chỉnh lưu không tải:
Ud0 = Ud + ΣΔUd
Mà ΣΔUd = ΔUBA + ΔUCK + ΔUV
ΣΔUd = 0,04Ud + 0,0015Ud + 2V
Ud0 = 146 +0,055. 146 + 2V = 156 (V)
* Giá trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
Vì đầu vào, điện áp ± 10% nên chọn góc điều khiển α = 350
3 6 U
Có: Ud0
=
2 (1+ cosα)
2π
2πUdo
Từ đó ta có: U2 =
3 6 (1+ cosα)
2×3,14.156
Thay số ta có: U2 =
= 75(V)
= 0,34
3 6 (1+ cosα)
U2
75
* Tỷ số máy biến áp: m =
=
U1 220
* Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
I2 = 0,816 . Id = 0,816.30 = 24,5 (A)
* Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong mỗi pha sơ cấp của máy biến áp:
I1= m . I2 = 0,43 . 24,5 = 8,3 (A)
m: Tỷ số máy biến áp
* Tính mạch từ:
Công suất của máy biến áp:
Pd = Ud. Id = 30.146 = 4380 (W)
29
Lê Thị Thủy - K7 TĐH
Tải về để xem bản đầy đủ
72 trang
01/08/2024
1110
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế máy nạp ăc quy tự động", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- do_an_thiet_ke_may_nap_ac_quy_tu_dong.pdf
