Đ Án 3 M CH N P Acquy 1 [PDF]

Zitiervorschau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài: “Thiết kế, chế tạo mạch nạp acquy tự động” Giáo viên hướng dẫn

:

Trần Ngọc Thái

Sinh viên thực hiện

:

1. Vũ Xuân Cương 2. Vũ Văn Chính

Lớp

:

112162.2

1

MỤC LỤC NHẬN XÉ T CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ..................................................... 4 LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... 5 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ...................................................... 6 1.1. Ứng dụng của ac quy ................................................................................... 6 1.2. Acquy axit .................................................................................................... 6 1.2.1. Cấu tạo của bình ac quy axít.................................................................. 6 1.2.2. Quá trình hóa học trong ac quy axít .................................................... 10 1.3. Ac quy kiềm.................................................................................................. 11 1.3.1. Cấu tạo của acquy kiềm ....................................................................... 11 1.3.2. Quá trình hóa học trong ac quy kiềm .................................................. 12 1.4. Sự khác nhau giữa ac quy axít và ácquy kiềm ............................................. 13 1.5. Các thông số cơ bản của ac quy ................................................................. 15 1.5.1. Sức điện động của ac quy .................................................................... 15 1.5.2. Dung lượng của ac quy ........................................................................ 15 1.6. Đặc tính phóng nạp của acquy ..................................................................... 16 1.6.1. Đặc tính phóng của ac quy ........................................................................ 16 1.6.2. Đặc tính nạp của acquy........................................................................ 18 1.7. Các phương pháp nạp ac quy tự động .......................................................... 19 1.7.1. Phương pháp nạp dòng điện ................................................................ 20 1.7.2. Phương pháp nạp điện áp .................................................................... 21 1.7.3. Phương pháp nạp dòng áp ................................................................... 22 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI ............................ 24 2.1. Sơ đồ khối .................................................................................................... 24 2.2. Chức năng sơ đồ khối ................................................................................... 24 2.2.1. Khối nguồn .......................................................................................... 24 2.2.2 Khối acquy ............................................................................................ 25 2.2.3 Khối điều khiển bộ tự động ngắt .......................................................... 25 2.3. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ .................................................................... 26 2

2.4. Nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu nửa chu kì không điều khiển............ 26 2.4.1.Công thức tính toán chọn van diode ..................................................... 27 2.4.2 Thông số kỹ thuật ................................................................................. 28 2.5 .Tính toán máy biến áp .................................................................................. 29 2.6 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ board .................................................................... 31 2.6.1 Sơ đồ nguyên lý ................................................................................ 3131 2.6.2 Sơ đồ board ......................................................................................... 332 2.6.3. Nguyên lý làm viêc của mạch điện: .................................................... 33 CHƯƠNG 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ LỜI KẾT ........................................... 34 3.1. Ưu điểm: ....................................................................................................... 34 3.2. Nhược điểm: ................................................................................................. 34 3.3. Hướng phát triển ........................................................................................... 34

3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Hưng Yên ngày….tháng….năm 2018 Giáo viên hướng dẫn 4

LỜI NÓI ĐẦU Trước mô ̣t nề n khoa ho ̣c và kỹ thuật ngày càng phát triể n như hiêṇ nay với nhiều linh kiện và sự sáng tạo mới đã giúp ích rấ t nhiề u cho con người như: Máy tính, xe đạp điện, ô tô-xe máy,…Nhưng chúng ta ít biế t rằng không phải là khi chúng ta cắ m điêṇ 220v vào máy tiń h thì máy có thể cha ̣y ngay hay điêṇ có trong xe là dòng điê ̣n được cấp trực tiế p từ lưới điêṇ 220V. Mà thực chấ t thì dòng điêṇ 220V đó đã đươ ̣c biến đổi thành một da ̣ng khác và da ̣ng khác đươ ̣c nói ở đây chính là dòng điện mô ̣t chiề u và nó đã đươ ̣c tích trữ trong các loại ắ c quy, pin, tu ̣ điện… Tuy bộ phận cấp nguồn một chiều chỉ là một phần rấ t nhỏ của toàn bô ̣ khối làm viêc̣ chung của mạch. Nhưng nó la ̣i giữ một vai trò rấ t quan tro ̣ng và nế u thiế u nó thì cả khố i đó sẽ khó có thể làm viêc có hiêụ quả đươ ̣c. Cho nên nhóm chúng em đã quyế t đinh ̣ cho ̣n nghiên cứu, lắp ráp ma ̣ch cấ p nguồ n mô ̣t chiề u và một trong những ứng dụng thực tế là dùng để sạc ắc quy. Qua một thời gian nghiên cứu với sự hướng dẫn tâ ̣n tình của thầy Trần Ngọc Thái, chúng em đã hoàn thành mạch cấp nguồn một chiều sạc cho loại ăc quy 12V. Đây là đồ án 3 với sự kết hợp điện tử công suất – truyền động điện mà chúng em thực hiện cho nên vẫn còn mắ c phải nhiề u thiếu sót, chúng em rấ t mong đươ ̣c các thầ y cô hướng dẫn chỉ bảo thêm để chúng em có thể hoàn thiê ̣n tốt đồ án này và những đồ án về sau. Chúng em xin chân thành cảm ơn!

5

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1.1. Ứng dụng của ac quy Acquy là một nguồn điện dược tích trữ năng lượng điện dưới dạng hóa năng. Acquy là nguồn điện một chiều cung cấp cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày: như động cơ điện một chiều, bóng đèn, củ tích điện, các mạch điện tử,… Acquy là nguồn cung câp cho các động cơ khởi động. Trong thực tế có nhiều loại acquy nhưng thường gặp nhất là hai loại sau: acquy axit và acquy kiềm. 1.2. Acquy axit 1.2.1. Cấu tạo của bình ac quy axít Bình acquy thông thường gồm vỏ bình, các bản cực, các tấm ngăn và dung dịch điện phân • Vỏ bình: Vỏ bình acquy axit hiện nay được chế tạo bằng nhựa êbônit hoặc anphantonec hay cao su nhựa cứng. Để tăng độ bền và khả năng chịu axit cho bình, khi chế tạo người ta ép vào bên trong bình một lớp lót chịu axit là polyclovinyl, lớp lót này dày khoảng 0,6mm. Nhờ lớp lót này tuổi thọ của acquy tăng lên từ 2-3 lần. Phía trong vỏ bình tùy theo điện áp danh định của acquy mà chia thành các ngăn riêng biệt và các vách ngăn này được ngăn cách bởi các ngăn kín và chắc. Mỗi ngăn được gọi là một ngăn acquy đơn. Ở đáy các ngăn có các sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống giữa đáy bình và mặt dưới của khối bản cực, nhờ đó mà tránh được hiện tượng chập mạch giữa các bản cực do chất tác dụng bong ra và rơi xuống đáy gây lên. Bên ngoài vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có thể được gắn các quai xách để việc di chuyển được đễ dàng hơn. • Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực: 6

• Bản cực gồm cốt hình lưới và chất tác dụng. Cốt đúc bằng hợp kim chì(Pb)antimion(Sb) với tỷ lệ (87 – 95)%Pb và (5 – 13)%Sb. Phụ gia antimon thêm vào có tác dụng tăng thêm độ cứng, giảm han gỉ và cải thiện tính đúc cho cốt. Cốt để giữ chất tác dụng và phân phối dòng điện khắp bề mặt cực. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng đối với các bản cực dương vì điện trở của chất tác dụng (oxit chì) lớn hơn rất nhiều so với điện trở của chì nguyên chất, do đó càng tăng chiều dày của cốt thì điện trở trong của acquy càng nhỏ. Cốt đúc dạng khung bao quanh, có vấu để hàn nối các bản cực thành phân khối bản cực và có hai chân để tỳ các sống đỡ ở đáy bình acquy. Vì điện cốt của bản cực âm không phải là yếu tố quyết định và chúng cũng ít bị han gỉ nên người ta thường làm mỏng hơn bản cực dương. Đặc biệt là hai tấm bên của phân khối bản cực âm lại càng mỏng vì chúng chỉ làm việc có một phía với các bản cực dương. Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, axit sunfuric đặc và khoảng 3% các muối axit hửu cơ đối với bản cực âm, còn đối với bản cực dương thì chất tác dụng được chế tạo từ các oxit chì Pb3O4, PbO và dung dịch axit sunfuric đặc. Phụ gia muối của axit hữu cơ trong bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, độ bền của chất tác dụng, nhờ đó mà cải thiện được độ thấm sâu của dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hóa học cũng được tăng lên. Các bản sau khi được chát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp với dòng điện một chiều trị số nhỏ. Sau quá trình như vậy, chất tác dụng ở các bản cực dương hoàn toàn trở thành PbO2 (màu gạch xẫm). Sau đó các bản cực dương được đem ra rửa, sấy khô và lắp ráp.

7

Những phân khối bản cực cùng tên trong một acquy được hàn với nhau tạo thành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn đẻ nối ra tài tiêu thụ. Với chú ý rằng, nếu ta muốn tăng dung lượng acquy thì ta phải tăng số bản cực mắc song song trong một acquy đơn. Thường người ta lấy từ 5 – 8 tấm. Còn muốn tăng điện áp danh định của acquy thì ta phải tăng số bản cực mắc nối tiếp. • Tấm ngăn: Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện với nhau bởi các tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn được làm rộng hơn so với các bản cực. Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực âm và dương, đồng thời đê đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng acquy. Các tấm ngăn ở đây phải là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích hợp để ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản cực. Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, dày khoảng từ 0,8-1,2mm và có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn một mặt có dạng sóng hoặc gồ thì hướng về phía bản cực dương nhằm tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung dịch lưu thông tốt hơn. • Dung dịch điện phân: Dung dịch điện phân trong bình acquy là loại dung dịch axit sunfuric được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy định tùy thuộc vào điều kiện khí hậu mùa và vật kiệu làm tấm ngăn. Nồng độ dung dịch axit sunfuric:

 = (1,1  1.3) g/cm3 . Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động của acquy. Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân. Với các nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không quá 8

1,1 g/cm3. Với các nước lạnh, nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới 1,3 g/cm3. Trong điều kiện khí hậu ở nước ta thì mùa hè nên chọn nồng độ dung dịch khoàng (1,25-1,26) g/cm3, mùa đông nên chọn nồng độ khoảng 1,27g/cm3. Cần nhớ rằng: nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chóng hỏng bản cực, dễ bị sunfat hóa trong các bản cực nên tuổi thọ của acquy cũng giảm đi rất nhanh. Nồng độ quá thấp thì điện dung và điện áp định mức của acquy giảm và ở các nươc xứ lạnh thì dung dịch vào mùa đông dễ bị đóng băng. * Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho acquy: - Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại axit kĩ thuật thông thường và nước không phải là nước cất vì dung dịch như vậy sẽ làm tăng cường độ quá trình tự phóng điện của acquy. - Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thủy tinh, sứ hoặc chất dẻo chịu axit. Chúng phải sạch, không chứa các muối khoáng, dầu mỡ hoặc chất bẩn… - Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế, tuyệt đối không được đổ nước vào axit đặc mà phải đổ axit vào nước và dùng đãu thủy tinh khuấy đều. • Nắp, nút và cầu nối: Nắp làm bằng nhựa ebonit hoặc bakenit. Nắp có hai loại: - Từng nắp riêng cho mỗi ngăn - Nắp chung cho cả bình – loại này cấu tạo phức tạp nhưng độ kín tốt. Trên nắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào các tấm ngăn và để kiểm tra mức dung dịch điện phân, nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong acquy. Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân trong bình khỏi bị bẩn và sánh ra ngoài. Ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài lúc nạp acquy.

9

Nắp một số loại acquy có lỗ thông khí riêng nằm sát lỗ đổ, kết cấu như vậy rất thuận tiện cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình acquy. Trong trường hợp này, ở nút không cho lỗ thông khí nữa. 1.2.2. Quá trình hóa học trong ac quy axít Trong acquy thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch mà đặc trưng là là qua trình nạp và phóng điện. Khi nạp điện, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử chuyển động từ các bản cực dương đến các bản cực âm – đó là dòng điện nạp In. Khi phóng điện, dưới tác dụng của suất điện động riêng của acquy, các điện tử sẽ chuyển động theo hướng ngược lại và tạo thành dòng điện phóng Ip. Khi acquy nạp đã no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO2 còn tại các bản cực âm là chì xốp Pb. Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bản cực đều trở thành sunfat chì PbSO4 có dạng tinh thể nhỏ. Khi nạp điện cho acquy sẽ xảy ra phản ứng: - Ở cực dương:

PbSO4 – 2e + 2H2O = PbO2 +H2SO4 +2H-

(1.1)

- Ở cực âm:

PbSO4 + 2e + 2H+ = Pb +H2SO4

(1.2)

- Toàn bộ quá trình xảy ra trong acquy khi nạp điện là:

2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 +2H2SO4

(1.3)

Sự phóng điện của acquy sảy ra khi nối hai điện cực Pb và PbO 2 vừa thu được với tải, lúc này hóa năng được dự trữ trong acquy sẽ chuyển thành điện năng. Ở đây các điện cực xảy ra các phản ứng ngược của (1.1) và (1.2), nghĩa là 10

trong acquy sẽ xảy ra phản ứng ngược của (1.3). Acquy sẽ cung cấp dong điện cho đến khi cả hai điện cực trở lại thành PbSO4 nhu ban đầu. Sau đó nếu muốn dùng tiếp thì người ta lại nạp điện cho acquy và cứ thế tiếp diễn. 1.3. Ac quy kiềm 1.3.1. Cấu tạo của acquy kiềm Acquy kiềm là loại acquy mà dung dịch điện phân được dùng trong acquy là dung dịch kiềm KOH hoặc NaOH. Tùy theo cấu tạo của bản cực acquy kiềm được chia làm ba loại: - Loại acquy Sắt (Fe) – Niken (Ni) - Loại acquy Cadimi (Cd) – Niken (Ni) - Loại acquy Bạc Ag) – Kẽm (Zn) Trong ba loại trên thì loại thứ ba có hệ số hiệu dụng trên một đơn vị trọng lượng và một đơn vị thể tích là lớn hơn, nhưng giá thành của nó lại cao hơn vì phải sử dụng khối lượng bạc chiếm tới 30% khối lượng của chất tác dung, do đó loại này ít được dùng. Acquy kiềm có cấu tạo tương tự acquy axit, tức nó cũng gồm dung dịch điện phân, vỏ bình, các bản cực, … Bản cực của acquy kiềm được chế tạo thành dạng thỏi hoặc không thỏi. Giữa các bản cực được ngăn bởi các tấm ebonit. Chùm bản cực dương và chùm bản cực âm được hàn nối như chùm bản cực của acquy axit để đưa ra các vấu cực cho caquy. Các chùm bản cực được đặt trong bình điện phân và được ngăn cách với vỏ bình bằng lớp nhựa vinhiplat. Loại acquy dùng bản cực dạng thỏi thì mỗi thỏi là một hộp làm bằng thép lá trên bề mặt có khoan nhiều lỗ:   0.2  0.3mm để cho dung dịch thấm qua. Nếu là acquy sắt – niken thì trong hộp bản cực âm chứa sắt đặc biệt thuần khiết, còn 11

trong bản cực dương là hỗn hợp 75%NiO.OH và 25% bột than hoạt tính. Loại acquy kiềm dùng bản cực không phân thỏi, thì bản cực được chế tạo theo kiểu khung xương, rồi đem các chất tác dụng có cấu trúc xốp mịn để ép vào các lỗ nhỏ trên bản cực. 1.3.2. Quá trình hóa học trong ac quy kiềm Giống như trong acquy axit, quá trình hóa trong acquy kiềm cũng là quá trình thuận nghịch.Nếu bản cực trong acquy kiềm là sắt và niken thì phản ứng hóa học xẩy ra trong acquy như sau: Trên bản cực dương:

Ni(OH)2 + KOH + OH =Ni(OH)3 + KOH

(1.4)

Trên bản cực âm:

Fe(OH)2 + KOH = Fe + KOH +2OH

(1.5)

Như vậy quá trình nạp điện, sắt hidroxit trên bản cực âm bị phân tích thành sắt nguyên tố và anion OH-. Còn ở bản cực dương, Ni(OH)2 được chuyển hóa thành Ni(OH )3. Chất điện phân KOH có thể xem như nó không tham gia vào phản ứng hóa học mà chỉ đóng vai trò chất dẫn điện, do đó sức điện động của acquy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân. Sức điện động của acquy chỉ được xác định dựa trên trạng thái của các chất tác dụng ở các tấm cực. Thông thường acquy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động đạt được khoảng 1,7 đến 1,85V. Khi acquy phóng điện hoàn toàn sức điện động của acquy là 1,2 đến 1,4V. Như vậy điện thế phóng điện của acquy kiềm thấp hơn acquy axit. Nếu ở acquy axit điện thế phóng điện bình quân là 2V thì ở acquy kiềm chỉ là 1,2V. 12

Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo chưa dừng lại ở những kết quả đã đạt được, người ta đã chế tạo được những acquy kiềm mới khá nhỏ và nhẹ, nhưng vẫn có các thông số kĩ thuật của acquy axit. Những acquy đang hướng tới việc thay thế các bản cực bằng những hợp kim có khả năng chống han gỉ, giảm kích thước và tăng tính bền vững. Những tạp chất mới được trộn vào trong chất tác dụng sẽ cải thiện đạc tính phóng điện của acquy đáng kể. Nhiều acquy mới đã không có cầu nối trên nắp và kết cấu vỏ bình cũng thay bằng những vật liệu rất nhẹ nên giảm được chiều dày thành bình, acquy cũng ít phải chăm sóc hơn. 1.4. Sự khác nhau giữa ac quy axít và ácquy kiềm Cả hai loại acquy này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc loại dung kháng và sức phản điện động. Nhưng chúng còn có một số đặc điểm khác biệt sau:

13

Acquy kiềm

Acquy axit - Khả năng quá tải không cao, dòng

-

Khả năng quá tải rất lớn dòng

nạp lớn nhất đạt được khi quá tải là

điện nạp lớn nhất khi đó có thể

Imax = 20%C10

đạt tới: Inmax = 50%C10

- Hiện tượng tự phóng lớn, do đó

-

Hiện tự phóng nhỏ.

-

Sử dụng ở những nơi có yêu

ắc qui nhanh hết điện ngay cả khi không sử dụng. - Sử dụng rộng rãi trong đời sống, công nghiệp đặc biệt ở những nơi có

cầu công suất lớn quá tải thường

nhiệt độ cao va đập lớn nhưng công

xuyên, được sử dụng với các

suất và quá tải vừa phải.

thiết bị công suất lớn.

- Dùng trong ôtô, xe máy và các

-

động cơ máy nổ công suất vừa và

nghiệp hàng không, hàng hải và

nhỏ.

những nơi nhiệt độ môi trường

- Giá thành thấp

thấp. -

Dùng phổ biến trong công

Giá thành cao.

14

1.5. Các thông số cơ bản của ac quy 1.5.1. Sức điện động của ac quy Sức điện động của acquy kiềm và acquy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm Eo  0,85 +  Trong đó:

(V)

(1.6)

Eo - sức điện động tĩnh của acquy ( V )  - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm3 )

Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của acquy được tính theo công thức: Ep



Up + Ip.rb (1.7)

Trong đó: Ep - sức điện động của acquy khi phóng điện (V) Ip - dòng điện phóng (A) Up - điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện (V) rb - điện trở trong của acquy khi phóng điện () Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của acquy được tính theo công thức:

En

Un - In.rb

(1.8)

Trong đó: En - sức điện động của acquy khi nạp điện (V) In - dòng điện nạp (A) Un - điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp điện (V) 1.5.2. Dung lượng của ac quy - Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng điện của acquy cho phụ tải, và được tính theo công thức : Cp  Ip.tp 15

Trong đó : Cp - dung dịch thu được trong quá trình phóng ( Ah ) Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A ) tp - thời gian phóng điện ( h ). - Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của ắc qui và được tính theo công thức : Cn  In.tn Trong đó : Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( Ah ) In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h). Trong đó :

Cp - dung dịch thu được trong quá trình phóng ( Ah ) Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp ( A ) tp - thời gian phóng điện ( h ).

- Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của ắc qui và được tính theo công thức : Cn  In.tn Trong đó :

Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( Ah ) In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h ).

1.6. Đặc tính phóng nạp của acquy 1.6.1. Đặc tính phóng của ac quy Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi.

16

Hình 1.1: Đặc tính phóng của acquy Từ đặc tính phóng của ắc qui như trên hình vẽ ta có nhận xét sau: Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của acquy (dòng điện phóng). Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu ta tiếp tục cho acquy phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh. Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan (biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho acquy sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của acquy, các giá trị Ep, Up,  tại tgh được gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc quy. Ắc quy không được phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%. Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức điện động, điện áp của acquy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là 17

thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của acquy. Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của acquy (dòng điện phóng và thời gian phóng). 1.6.2. Đặc tính nạp của acquy Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện nạp không thay đổi. I (A) E, U (V)

U

0

2

4

6

8

10

Hình 1.2: Đặc tính nạp của acquy Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau: Trong khoảng thời gian từ tn  0 đến tn  tgh thì sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần. Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện tượng "sôi") lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của acquy đơn tăng đến 2,4 V. Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần các chất 18

tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của acquy. Trong sử dụng thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ 2  3 h trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của acquy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi . Như vậy dung lượng thu được khi acquy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy. Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của acquy sau khi nạp. Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của acquy. Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là In  0,1C10 . Trong đó C10 là dung lượng của acquy mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là In  0,1C10 thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy. Ví dụ với acquy C  180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10% dung lượng (tức In  18 A ) thì sau 10 giờ acquy sẽ đầy. 1.7. Các phương pháp nạp ac quy tự động

19

1.7.1. Phương pháp nạp dòng điện

_

A _ +

V Un

D

D +

A

_

....

R

R

A

+

_

....

+

Hình 1.3: Phương pháp nạp dòng điện Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại acquy, bảo đảm cho ắc qui được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho acquy hoặc nạp sử chữa cho các ắc qui bị Sunfat hoá. Với phương pháp này acquy được mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện: Un  2,7.Naq

(1.9)

Trong đó: Un - điện áp nạp Naq - số ngăn acquy đơn mắc trong mạch Trong quá trình nạp sức điện động của acquy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở được xác định theo công thức:

20

R

Un

 2,0N aq (1.10)

In

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức. Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3  0,6)C10 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10 1.7.2. Phương pháp nạp điện áp

Un

A

Phương pháp này yêu cầu các acquy được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế V của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3V

2,5V) cho mỗi

ngăn đơn. Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp này acquy không được nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử dụng.

21

1.7.3. Phương pháp nạp dòng áp

_ A Un

D +

A

VR _ _

_

...

+

...

+

...

+

Phương pháp nạp dòng áp Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp. Đối với yêu cầu của đề bài là nạp acquy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương án nạp acquy là phương pháp dòng áp. Đối với acquy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoản thời gian tn  8h tương ứng với 7580 % dung lượng acquy ta nạp với dòng điện không đổi là In 0,1C10. Vì theo đặc tính nạp của acquy trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 8h acquy bắt đầu sôi lúc đó ta 22

chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 10h thì acquy bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 đến 3h. Đối với acquy kiềm: Trình tự nạp cũng giống như acquy axit nhưng do khả năng quá tải của acquy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In0,2C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp I n  0,5C10. Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không.

23

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 2.1. Sơ đồ khối KHỐI NGUỒN

BỘ ĐIỀU KHIỂN

ACQUY

Hình 2.1: Sơ đồ khối 2.2. Chức năng sơ đồ khối 2.2.1. Khối nguồn

Hình 2.2: Sơ đồ khối nguồn

Tín hiệu đồng bộ có thể lấy từ biến áp lực cũng có thể lấy từ một biến áp khác. 24

Do trong mạch điều khiển có một khâu sử dụng nguồn điện áp thấp nên chúng ta dùng một biến áp có quấn một cuộn dây thứ cấp, trong đó sử dụng cuộn có điện áp 0V-17V dùng cho khâu đồng bộ. Diode D làm nhiệm vụ chỉnh lưu tạo ra tín hiệu U1 làm ngưỡng để so sánh với tín hiệu một chiều. Ta chọn diode MIC IOAQIQ. 2.2.2 Khối acquy Dùng để cấp nguồn cho bộ điều chỉnh tự động ngắt mạch khi chưa có nguồn đầu vào tác động. Đồng thời acquy sẽ nạp khi có tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển 2.2.3 Khối điều khiển bộ tự động ngắt

Hình 2.3: Khối điều khiển

Điện áp Ur6 được so sánh với điện áp Ud2 để tạo ra các tín hiệu tương ứng với thời điểm điện áp của acquy nạp hay không.

25

2.3. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Tín hiệu xoay chiều được chỉnh lưu bởi 2 diôt D11, D12, sẽ được so sánh với điện áp U0 để tạo ra tín hiệu đồng bộ U2 trùng với thời điểm điện áp lưới đi qua điểm 0. Tín hiệu đồng bộ này sẽ mở khoá điện tử bóng thường Q1 để giảm điện áp trên tụ về 0, tụ C1 được nạp điện theo công thức UC = E.t/R7 và ở đầu ra của khuyếch đại thuật toán OA2 sẽ có tín hiệu răng cưa. Sau đó tín hiệu này được so sánh với tín hiệu điều khiển nhờ bộ so sánh bằng khuyếch đại thuật toán OA3. Bộ OA11 là một đa hài dao động xung có tần số cao U9 với mục đích giảm kích thước của máy biến áp xung. Tín hiệu cao tần trộn lẫn với tín hiệu điều khiển U 12 cùng các tín hiệu phân phối U10, U11 thành tín hiệu U14, U13. Những tín hiệu này được khuyếch đại thông qua máy biến áp xung đưa trực tiếp cực điều khiển của Tiristo. 2.4. Nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu nửa chu kì không điều khiển - Diode D chỉ cho dòng điện đi qua khi u2>E dòng id chỉ tồn tại trong khoảng 𝜃1 ÷ 𝜃2 và góc 𝜃1 là 2 nghiệm của phương trình sau: u2=√2 U2sin 𝜃1=E khi diode D dẫn dòng thì biểu thức của dòng điện đi qua tải: id=(√2 U2sin 𝜃1)/R

26

Xét điều kiện lý tưởng khi diode cho dòng chảy qua thì điện áp đặt trên 2 đầu diode là UD=0V. Còn lúc diode bị khóa ta có phươn trình: u2= E + UD UD= u2-E=√2 U2sin 𝜃 –E Về nguyên lý làm việc của mạch có thể mô tả như sau: Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập lý tưởng với 0