Đồ án Điện Tử Công Suất Chỉnh Lưu Cầu 1 Pha - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (52 trang)

Trang chủ

Luận Văn - Báo Cáo

Kỹ thuật

Đồ án Điện tử công suất Chỉnh lưu Cầu 1 pha

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.02 MB, 52 trang )

Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA: ĐIỀU KHIỂN & TĐHCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do – Hạnh phúcĐỒ ÁN MÔN HỌCĐIỆN TỬ CÔNG SUẤTHọ tên sinh viên:Tạ Đức DươngLớp:………………. …………………………Khoá: …………..Ngành đào tạo: …..Hệ đào tạo:……... …………………….………………………………………………..I./ TÊN ĐỒ ÁN:Thiết kế nguồn cấp một chiều cho UPSII/ NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN:1/. Thiết kế mạch lực2/. Thiết kế mạch điều khiển3/. Tính chọn các thiết bị4/. Mô phỏng trên phần mềmIII/ CƠ SỞ DỮ LIỆU BAN ĐẦU- Các thơng số (phần tính chọn)IV/. NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: ……./…../20…V/. NGÀY NỘP QUYỂN: ……./…../20…GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNSINH VIÊN THỰC HIỆN(Ký, ghi rõ họ tên)(Ký, ghi rõ họ tên)TS. Chu Đức Toàn1 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnLỜI NÓI ĐẦUSự ra đời, phát triển nhanh và ngày càng hoàn thiện của các linh kiện điệntử, đặc biệt là vi xủ lý đã tạo ra sự thay đổi sau sắc và phát triển mạnh mẽ trongcác thiết bị, hệ thống thiết bị điện-điện tử, chẳng hạn như máy tính, thiết bị điềukhiển khả trình, tổng đài điện thoại, truyền dữ liệu, chiếu sáng đường hầm,những hệ thống giám sát điều khiển và xử lý công nghiệp. Nhằm đàm bảo tínhliên tục và chất lượng cung cấp điện cho những tải nhạy cảm mà không phụthuộc trạng thái hệ thống cung caaso, phương pháp duy nhất là sử dụng bộnguồn dự trữ làm việc tin cậy, đặc biệt là những bộ nguồn làm việc như một“giao điện công suất” giữa nguồn cung cấp và tải. Để đi sau vào tìm hiểu,nghiện cứ về bộ nguồn dự trữ, Nhóm em đã nghiên cứu về thiết bị chỉnh lưutrong đó. Bộ phận chỉnh lưu là một phần quan trọng của bộ nguồn liên tục.Trong giới hạn chỉ là một dồ án môn học nên đề tài cũng chưa thực sự sâu sắc vàchính xác.Mặc dù chúng em đó rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏivà đặc biệt do trình độ hiểu biết của chúng em cũng nhiều hạn chế nên chúng emkhông thể tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình gópý của các thầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng nhưnhững ứng dụng thực tế của nó để bản đồ án của chúng em được hoàn thiệnhơn.Và chúng em hi vọng trong một tương lai khơng xa, chúng em có thể ápdụng những kiến thức và hiểu biết thu được từ chính đồ án đầu tiên trong cuộcđời sinh viên của chúng em vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong cácđồ án sau này.Trong q trình làm đồ án chúng em đó nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảorất tận tình của Thầy giáo TS.Chu Đức Tồn. Em xin chân thành cảm ơn Thầyvà hi vọng Thầy sẽ giúp đỡ chúng em nhiều hơn nữa trong việc học tập củachúng em sau này.Nội dung đề tài bao gồm các chương :Chương 1: Tỏng quan chung về bộ nguồn UPSChương 2: Tính tốn và lựa chọn ắc quy cho bộ UPSChương 3: Lựa chọn và tính tốn mạch chỉnh lưuChương 4: Tính chọn mạch điều khiểnChương 5: Mơ phỏng trên phần mềm PSIM2 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồn3 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ BỘ NGUỒN UPS1.1 Giới thiệu về UPSUPS được viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Uninterruptible Power được hiểunhư là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dựphòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống. Nó cũng cấp tạmthời điện năng nhằm duy trì sự hoạt động của thiết bị sử dụng điện lưới gặp sựcố điện ( mất điện, sụt giảm điện áp quá thấp, sự cố khác…) trong một khoảngthời gian với công suất giới hạn theo khả năng của nó.Ở Việt Nam, UPS thường quen được gọi là: cái lưu điện. cực lưu điện…..Như chúng ta đã biết, một nguồn điện tốt sẽ đảm bảo khả năng làm việc tin cậy,kéo dài thời gian sử dụng thiết bị dùng điện cũng như mang lại hiệu quả kinh tếcho doanh nghiệp. Hiện nay, do nhu cầu về năng lượng điện ngày càng tăng, đểnăng cao độ tin cậy cung cấp điện, thỏa mãn các yêu cầu của kỹ thuật số, có thểsử dụng hai giải pháp: một là xây dựng các khu công nghiệp và thương mạiđược cấp điện với chất lượng cao, việc đầu tư cho hệ thống lưới điện địi hỏi rấtnhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếu hụt điện năng và chất lượng điện năng suygiảm. Hai là sử dụng các bộ nguồn liên tục UPS cho các tải quan trọng, việc nàytiết kiệm được rất nhiều chi phi đầu tư xây dựng.1.1.1Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ nguồn liên tục UPSUPS đầu vào nối với lưới điện, đầu ra nối với các thiết bị cần được bảovệ, bên trong có một acqui. Bình thường tải được cung cấp năng lượng từnguồn. Khi mất điện bất thường thì năng lượng cung cấp trực tiếp cho tải làacqui đả bảo thiết bị được cung cấp một cách liên tục.1.1.2Sự cố cung cấp năng lượngSự cố trong các nguồn năng lượng điện có thể xẩy ra trong quá trìnhlắp đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha,sấm sét, …). Những sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau.Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điệnáp hình sin với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V50Hz chẳng hạn).Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dịng điện cùng tần số bịảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệthống.4 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnĐối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấpđiện vì:+ Hiện tượng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thường khơng tránh khỏi). Điều nàycó thể ảnh hưởng đến đường dây ngồi trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn:-Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điệnSương giá có thể làm cho đường dây bị đứt+ Những hiện tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn-Cành cây rơi gây gắn mạch hoặc đứt dâyĐứt cáp do đào đấtSự hư hỏng trong hệ thống cung cấpNhững thiết bị dùng điện có thể ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp+ Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn:-Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong q trình khởi động.Những thiết bị gây ơ nhiễm: lò luyện kim, máy hàn, … gây ra điện áp-rơi và nhiễm RFNhững hệ thống điện tử công suất caoThang máy, đèn huỳnh quang+ Những sự cố ảnh hưởng đến việc cung cấp năng lượng điện cho thiết bị cóthể phân thành các loại sau:-Lệch điện ápNgừng hoạt độngTăng đột ngột điện ápThay đổi tần sốXuất hiện sóng hàiNhiễu tần số cao…Sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt làm gián đoanviệc cung cấp điện, nhất là hệ thống dữ liệu của máy tính1.1.3Giải pháp dùng UPS+ Điều cần chú ý trước hết của những sự cố và hậu quả của nó về phương diện:-An toàn cho con ngườiAn toàn cho thiết bị, nhà xưởngMục tiêu vận hành kinh tế5 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnTừ đó phải tìm cách loại chúng ra. Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhaucho vấn đề này, những giải pháp này được so sánh trên cơ sở của hai tiêu chuẩnsau để đánh giá:- Liên tục cung cấp điện- Chất lượng cung cấp điệnHoạt động như một giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tảinhạy cảm. UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện liên tục, chất lượng cao,khơng phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp.+ UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy- Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệtkhi hệ thống cung cấp ngừng hoạt động- Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu của những thiết bị điện từ nhạy1.1.4cảmỨng dụng trong thực tếBộ Nguồn UPS được sử dụng rộng rãi ở những nơi cần độ tin cậy cungcấp điện và chất lượng cung cấp điện cao mà không bị ảnh hưởng những sự cốcủa hệ thống cung cấp điện.Bảng 1.1 liệt kê một vài ứng dụng chính của bộ nguồn UPSBảo vệ chống lạiNhững ứngdụng chínhNhững thiết bị đượcbảo vệ1. Những hệMáy tính, mạng máyNgừn Ngừngg hoạt hoạtđộngđộngtừngtoànphầnbộxx6Cácsự cốkhácThayđổitần sốxx Đồ án điện tử cơng suấtthống máy tínhnối chung2. Những hệthống máy tínhcơng nghiệp3. Viễn Thơng4. Y tế và cơngnghiệp5. Chiếu sángGVHD: T.s Chu Đức Tồntính.Máy in, vẽ đị thị,bàn phím, thiết bịđầu cuốiNhững bộ điểukhiển lập trình, hệthống điểu khiển số,hệ thóng điểu khiểngiám sát, robot, máymóc tụ động, sảnxuất linh hoạtTổng đài điện thoại,truyền dữ liệu, hệthống radaDụng cụ y tế, thangmáy, robot hàn, máyép nhựa, thiết bịđiều chỉnh chínhxác, thiết bị đo nhiệtđộ trong q trìnhchuẩn bị chát bándẫn, nhựa, nguyênliệuĐừng hầm, đườngbăng, sân bay,những tòa nhà côngcộng1.2 Phân loại UPS1.2.1 Phân loại UPS1.2.1.1 UPS tĩnhxxxxxxxxxxxxdựa tho bộ chuyển đổiSử dụng bộ biến đổi điện tử công suất làm chức năng chỉnh lưu và nạpacquy để tích trữ điện năng khi làm việc bình thường. Khi sự có bộ nghịch lưulàm việc vụ biến đổi điện năng một chiều tích lũy trong acquy thành điện năngxoay chiều cung cấp cho các tải ưu tiên-Giới hạn dòng điện vận hành tối đa cho phép có thể tới 2,33Cách ly về diện, khi cần dùng một máy biến áp cách ly.Bảo dưỡng, vận hành đơn giản, là việc chắc chắn.Khả năng đáp ứng nhanh cho sử dụng thiết bị vi điểu khiển.Trọng lượng kính thước nhỏ, gọn.Biên độ điện áp được điều chỉnh trong phạm vi ± 0,5% khoặc ± 1%7 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnHình 1.1 UPS tĩnh1.2.1.2UPS quayHình 1.2: UPS quaySử dụng máy điện làm chức năng nghịch lưu1.2.21.2.2.1Dòng ngắn mạch của máy phát điện cao (khoảng 10)Hệ thống phụ tải cách ly với nguồn.Trở kháng ra của hệ thống thấp.Cần bảo dưỡng kiểm tra thường xuyên.Phân loại UPS theo chế độ làm việcUPS gián tiếp (Off – line)Trong UPS gián tiếp, bộ nghịch lưu được nối song song với hệ thốngcung cấp làm nguồn dự phịng. Khi vận hành bình thường nguồn cấp trực tiếpcho tải qua bộ lọc F mà không qua bộ nghich lưu.Khi xảy ra sự cố ở hệ thống cũng cấp hoặc điện áp hệ thống nằm ngoàigiới hạn cho phép, tải sẽ được cấp từ bộ nghịch lưu sau một thời gian chuyểnmạch rất ngắn, cỡ 10 ms,. Khi điện áp hệ thống được phục hồi, tải sẽ được tựđộng chuyển về nguồn cung cấp. Sơ đồ này có ưu điểm vừa giải quyết được ổnđịnh cung cấp cho tải vừa có giá thành phù hợp. Tuy nhiên việc chuyển đổi vẫn8 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồnđịi hỏi một khoảng thời gian không đáp ứng được như cầu các tải nhạy cảm nhưmáy tính, tổng đài điện thoại…. Sơ đồ này chỉ được sử dụng với coog suất nhỏdưới 2 KVA.1.2.2.2UPS trực tiếp (on-line)Trong on-line UPS, bộ nghịch lưu được chèn vào giữa hệ thống cung cấpvà tải. Toàn bộ điện năng cung cấp qua tải phải qua bộ nghịch lưu do đó việccung cấp điện đảm bảo liên tục, chất lượng điện năng về điện áp, dạng sóng, tầnsố là do bộ nghịch lưu quyết định mà khơng phụ thuộc vào nguồn cung cấp. Hệthống cịn có bộ chuyển mạch tĩnh đảm bảo cung cấp điện năng trong trườnghợp cần bảo dưỡng, sửa chưa bộ chỉnh lưu-nghịch lưu và acquy. Sơ đồ này đảmbảo chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện cao nhưng giá thành cao vàđược ứng dụng với công suất trung bình và lớn trên 40KVA1.31.3.1Cấu trúc UPSCác thành phần chính của UPSMột hệ thống UPS hồn chỉnh thường gồm các phần tử cho trên hình 1.3Hình 1.3: Các thành phần chính của UPS+ Đường dây vào: có hai đường vào độc lập từ hệ thống cung cấp-Hệ thống cung cấp 1 (HTCC1): đường vào bình thường cung cấp cho-chỉnh lưu-nạpHệ thống cung cáp 2 (HTCC2): cung cấp cho chuyển mạch tĩnh (theo bypass)9 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnBộ nghịch lưu được đồng bộ về tần số với HTCC2. Chuyển mạch tĩnh cho phéptải được chuyển tức thời qua đường by-pass lúc cần thiết. Nên nối UPS với hệthống cung cấp 2 độc lập để tăng độ tin cậy, tuy nhiên cũng có thể sử dụngđường chung.+ Bộ chỉnh lưu nạp (1) : Biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều để:-Cung cấp cho bộ nghịch lưuNạp thường xuyên cho acquy+ Bộ acquy (2): Dự trữ điện năng để cung cấp cho bộ nghịc lưu nếu:-Hệ thống cung cấp điện mấtSự cố làm giảm chát lượng điện áp cấp.+ Bộ nghịch lưu (3): Nghịch lưu điện áp một chiều từ bộ chỉnh lưu hoặc từacquy thành điện áp xoay chiều với sai số cho phép.+ Đường song song với chuyển mạch tĩnh (4) : Chuyển đổi tải UPS từ bộ nghịchlưu sang hệ thống cung cấp 2 mà không làm gián đoạn cung cấp điện cho tải.Việc này xảy ra khi nghịch lưu ngường hoạt động vì các lý do:-Bảo dưỡngQuá tảiSự cố bên trong+ Đường cung cấp đóng bằng tay (5): Sử dụng cơng tắc đóng-mở bừng tay đểcung cấp điện cho tải theo hệ thống cung cấp 2 khi yêu cầu bảo dưỡng.+ Máy biến áp cách ly (6) (Tùy chọn): Dùng mục đích cách ly tải vói hệ thốngcung cấp 2, nó thường được sử dụng khi hệ thông nối đất đấu vào đấu ra UPSkhác nhau.+ Chuyển mạch bằng tay, thiết bị đóng cắt acpuy (7), (8), (9), (10): dùng để cáchy trong quá trình bảo dưỡng1.3.2Các thiết bị khácNgồi các linh kiện đã nêu ở trên, UPS có thể được trang bị thêm một số thiết bịsau:-Thiết bị phân phối và bảo vệ.Thiết bị ccacs ly, máy biến áp tạo điện áp phù hợp cho tải.Hệ thống điều khiển, cảnh báo, hiện thị, điều khiển xa. UPS có thể trangbị thêm hệ thống chẩn đoán tự động, tự động kiểm tra trạng thái của các10 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồnlink kiện. Ví dụ như kiểm tra trạng thái của acquy thừng xun.CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN ẮC QUY CHO BỘ UPS2.1 Giới thiệu chung về ắc quy và các chế độ nạp2.1.1 Giới thiệu chung về ắc quyĂc-qui là loại bình điện hố học dùng để tích trữ năng lượng điện và làmnguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện như động cơ điện, như bóng đèn, làmnguồn ni cho các linh kiện điện tử….Hình 2.1: Ắc quy trong thực tếCác tính năng cơ bản của ăc-quy:-Sức điện động lớn, ít thay đổi khi phóng nạp điện.-Sự tự phóng điện bé nhất.-Năng lượng điện nạp vào bao giờ cũng bé hơn năng lượng điện mà ăc-quyphóng ra .-Điện trở trong của ăc-quy nhỏ. Nó bao gồm điện trở của các bản cực ,điệntrở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữacác bản cực. Thường trị số điện trở trong của ăc-quy khi đã nạp điện đầylà 0.001Ω đến 0.0015Ω và khi ăc-quy phóng điện hồn tồn là 0.02 Ω đến0.025Ω.Có hai loại ăc-quy là: ăc-quy a-xit (hay ăc-quy chì) và ăc-quy kẽm (ăc-quy sắt kền hay ăc-quy cadimi-kền). Trong đó ăc-quy a-xit được dùng phổbiến và rộng rãi hơn.2.1.2 Cấu tạo của ắc quyCác bộ phận chủ yếu của ăc-quy a-xit gồm:11 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồn- Các lá cực dương làm bằng Pb2 được ghép song song với nhauthành một bộ chùm cực dương.-Các lá cực âm làm bằng Pb được ghép song song với nhau thànhmột bộ chùm cực âm.Hình 2.2: Cấu tạo của ắc quyBộ chùm cực âm và chùm cực dương đặt xen kẽ nhau theo kiểu cài rănglược, sao cho cứ lá cực âm rồi đến một lá cực dương .-Tấm chắn đặt giữa các lá cực âm và lá cực dương để tránh hiện tượng-chập mạch giữa các điện cực khác dấu.Vỏ bình điện ăcquy thường làm bằng cao su cứng (êbonit) đúc thành hinhhộp , chịu được khí nóng lạnh, va chạm mạnh và chịu a-xit. Dưới đáybình có các đế cao để dắt các lá cực lên, khi mùn của chất hoạt động rụngxuống thì đọng dưới rãnh đế như vậy tránh được hiện tượng chập mạchgiữa các điện cực do mùn gây ra. Nắp đậy ăc-quy cũng làm vỏ cao sucứng, nắp có các lỗ để đổ dung dịch điện phân vào bình và đầu cực luồn-qua . Nút đậy để dung dịch khỏi đổ ra.Thanh nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn ăc-quy này vớicực dương của ngăn ăc-quy tiếp theo.2.1.3 Nguyên lý hoạt động của ắc quyẮc qui là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ nănglượng dưới dạng hố năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Quá12 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồntrình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài được gọi là q trình phóng điện, q trìnhắc qui dự trữ năng lượng được gọi là q trình nạp điện.Kí hiệu hố học biểu diễn ắc qui axit có dung dich điện phân là axitH2SO4 nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3 % bản cực âm là Pb và bản cực dương là PbO2 códạng :(- ) Pb H2SO4 d = 1,1 ÷ 1,3 PbO2 ( + )Phương trình hố học biểu diễn q trình phóng nạp của ắc qui axit :phóngPbO2 + 2H2SO4 + Pb2PbSO4 + 2H2OnạpThế điện động E = 2,1 V.Nhận xét : Từ những điều đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong q trìnhphóng-nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc quy phóng điệnnồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc quy nạp điện nồng độ dung dịchđiện phân tăng dần. Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân đểđánh giá trạng thái tích điện của ắc quy.2.1.4 Các thông số cơ bản của ắc quySức điện động của ắc qui chì và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dungdịch điện phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm:E0 = 0,85 + ρ(V)trong đó: E0 - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )ρ - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 °C ( g/cm3 )Trong quá trình phóng điện sức điện động của ắc qui được tính theo cơngthức :Ep = Up + Ip.rb13 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồntrong đó : Ep - sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V )Ip - dịng điện phóng ( A )Up - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)raq - điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( Ω )Trong quá trình nạp sức điện động En của ắc qui được tính theo cơng thức:En = Un - In.raqtrong đó : En - sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )In - dòng điện nạp ( A )Un - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện ( V )raq - điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( Ω )Dung lượng phóng của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng cung cấpnăng lượng của ắc qui cho phụ tải, và được tính theo cơng thức :Qp = Ip.tptrong đó: Qp - dung dịch thu được trong quá trình phóng ( Ah )Ip - dịng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp (A )tp - thời gian phóng điện ( h ).Dung lượng nạp của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ nănglượng của ắc qui và được tính theo cơng thức :Qn = In.tntrong đó : Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( A.h )In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )tn - thời gian nạp điện ( h ).2.1.5 Đặc tính phóng nạp của ắc quy2.1.5.1 Đặc tính phóng của ắc quy14 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnHình 2.3 Đặc tính phóng của ắc quyĐặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sứcđiện động, điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóngkhi dịng điện phóng khơng thay đổi .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,nồngđộ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốccủa các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gianphóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc qui (dịngđiện phóng).Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta tiếptụccho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của ắc qui sẽ giảmrất nhanh. Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứngsẽ có dạng thơ rắn rất khó hồ tan ( biến đổi hố học) trong q trình nạp điệntrở lại cho ắc qui sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phépcủa ắc qui, các giá trị , , ρ tại được gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắcqui, ắc qui khơng được phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%.15 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnSau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sứcđiệnđộng, điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây làthời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui. Thời gian hồi phục này phụthuộcvào chế độ phóng điện của ắc qui (dịng điện phóng và thời gian phóng).2.1.5.2 Đặc tính nạp của ắc quyHình 2.4 Đặc tính nặp của ắc quyĐặc tính nạp của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sứcđiện động, điện áp ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạpkhi trị số dòng điện nạp khơng thay đổi.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, nồngđộ dung dịch điện phân tăng dần.-Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (cịngọi là hiện tượng sơi) lúc này hiệu điện thế giữa các cực của ắc quy đơntăng tới giá trị 2,4V. Nếu vẫn tiếp tục nạp, giá trị này nhanh chóng tăng16 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồntới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, có tácdụng làm cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực đƣợcbiến đổi hồn tồn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện củaắc quy.-Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc quy kéo dài từ ( 2 ÷ 3 ) h, trongsuốt thời gian đó hiệu điện thế trên các cực của ắc quy và nồng độ dungdịch điện phân không thay đổi. Như vậy dung lượng thu được khi ắc quyphóng điện ln nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no ắc quy. Sau khingắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc quy, nồng độ dung dịchđiện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉcủa ắc quy sau khi nạp. Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chấtlượng và tuổi thọ của ắc quy. Dòng điện nạp định mức đối với ắc quy quiđịnh bằng 0,05C20.2.2 TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN ẮC QUYVới u cầu về công suất của UPS là 4.5 KVA, Ur = 120(V ) ta cần sửdụng máy biến áp. Nếu coi hiệu suất của máy biến áp là 95% thì hiệu suất phíasơ cấpcủa máy biến áp nghịch lưu là:= = 4,7 (KVA)Nếu coi tổn hao công suất trên các van là khơng đáng kể thì có thể coi cơngsuất trước và sau bộ nghịch lưu là bằng nhau. Do yêu cầu bài ra Ur =120 V nêntasẽ chọn 10 ắc quy loại 12V mắc nối tiếp nhau, lúc đó điện áp ra của bộ ắc quylà Ur = 12.10 = 120V. Dòng điện nạp cho ắc quy là :In= = = 39.16 (A)Với loại ắc quy 12V ta tra được nội trở trong của ắc là r = 0,0015 Ω. Vậy nội17 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồntrở trong của bộ ắc quy là= 0,0015.6.10 = 0,09 ( Ω) (Mỗi acqui có 6 ngăn).Mặt khác, tải của bộ chỉnh lưu là sức phản điện động của ắc quy, ở chế độ nạpvới dịng khơng đổi ta có:Mặt khác, tải của bộ chỉnh lưu là sức phản điện động của ắc quy,ở chế độ nạp với dịng khơng đổi ta có:In.Raq + Eaq = Un=> Un = In.Raq+ Eaq = 39.16. 0,09 + 120 = 123,53 (V)Như vậy ta có điện áp ra của khâu chỉnh lưu là: Ud = 123,53 VCHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ TÍNH TỐN MẠCH CHỈNH LƯU3.1 Phân tíchDo lấy năng lượng từ nguồn điện áp xoay chiều do vậy để chọn đượcchỉnh lưu hợp lý ta lần lượt xét ưu nhược điểm của từng loại sơ đồ:Giữa sơ đồ đối xứng chỉnh lưu điều khiển và không điều khiển: Khi sửdụng sơ đồ không điểu khiển tức là các van toàn bằng diode. Ta thấy giá thànhsẽ rẻ hơn nhiều tuy nhiên không thể điều chỉnh được điện áp ra cũng như khôngthể làm việc ở chế độ nghịch lưu. Do vậy, để tối ưu đối với đề bài này ta phảidùng chỉnh lưu có điểu khiển.Giữa sơ đồ chỉnh lưu có điểu khiển đối xứng và không đối xứng: Ta thấysơ đồ chỉnh lưu khơng đối xứng có hệ số cơng suất cao do lợi dụng được tínhchảy quần của dịng điện trong mạch. Ta thấy tải là ắcqui chỉ đòi hỏi điện áp mộtcực tính và khơng có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu thì việc sử dụng sơđồ bán điểu khiển là cần thiết. Hơn nữa mạch chỉnh lưu khơng đối xứng sử dụngít van điểu khiển hơn nên mạch điểu khiển đơn giản hơn, giá thành thấp hơn.So sách giữa sơ đồ một pha và ba pha thì ta thấy với một cơng suất:thì sử dụng sơ đồ một pha là hợp lý nhất.So sánh sơ đồ tia và sơ đồ cầu cùng số pha ta thấy:+ Sơ đồ tia đơn giản hơn, số van ít hơn 2 lần.18 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồn+ Sơ đồ tia có sụt áp và tổn thất cơng suất chi trên một van nên ít hơn ở sơ đồcầu (hai van), tổn thất do mạch các van cũng tương tự như vậy.+ Sơ đồ cầu có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn hai lần so với sơ đồ tia.+ Sơ đồ cầu không nhất thiết phải có biến áp nguồn+ Sơ đồ cầu cho ta dạng điện áp và dòng chỉnh lưu tốt hơn và độ nhấp nhơ ít hơn→ đối với sơ đồ tia kích thước cuộn kháng lọc lớn hơn.-Đối với sơ đồ 6 tia ta thấy:+ Hiệu suất MBA được tận dụng tốt hơn.+ Điện áp và dòng chỉnh lưu tốt như ở sơ đồ cầuTuy nhiên:+ Số van nhiều, chế tạo MBA khó khăn và thường được dùng với chỉnh lưucơng suất lớn.Từ những nhận xét trên ta thấy trong đồ án này thì sử dụng sơ đồ cầu mộtpha bán điểu khiển là hợp lý.Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu điểu khiển 1 pha bá đối xứng có cấu tạo đơn giản,gọn nhẹ, dễ điều khiển, tiết kiệm van. Thích hợp cho các máy có cơng suất nhỏvà vừa.Kết luận: Qua phân tích các phương án trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 phabán điều khiển với những ưu điểm sau:-Sử dụng 2 van thyristor, 2 van điốt tiết kiệm hơn nên giảm giá thành chobộ biến đổi.Mạch lực và sơ đồ điểu khiển đơn giản.Việc nạp ắc quy khơng có u cầu cao về chất lượng điện ápCó thể lấy điện áp trực tiếp từ nguồn điện không cần sử dụng MBA thayđổi nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dân dụng.Công suất nguồn UPS không lớn thích hợp với sơ đồ chỉnh lưu bán điểukhiển 1 pha.19 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnHình 3.1 Mô phỏng mạch cầu 1 pha bán điểu khiển tải RDạng điện ápHình 3.2 Dạng điện áp đầu ra của chỉnh lưu cầuNgun lý hoạt động:•Nhóm cactot chung là các thyristor nên chúng được mở ở các thời điểmcủa nó. Nhóm đấu anot chung là van diode nên chúng luôn mở tự nhiêntheo điện áp nguồn: mở khi bắt đầu âm, mở khi bắt đầu dương. Do vậysự dẫn của các van lần lượt là:-Trong khoảng thời gian-Trong khoảng thời gian : dẫn ở và làm khóa, chưa dẫn nên cịn chưamở khóa.-Trong khoảng : dẫn, dẫn và làm cho khóa-Trong khoảng thời gian : dẫn20 Đồ án điện tử công suấtCác công thức cơ bản:GVHD: T.s Chu Đức Tồn-Điện áp trên tải:-Dịng điện trên tải: Id =-Dòng điện qua van Thyristor: IT =-Dòng chạy qua van Diode:-Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua cuộn thứ cấp của máy biến áp:-Điện áp ngược trên thyristor và diode:.3.2 Lựa chọn van và tính các thơng số mạch lực3.2.1 Sơ đồ mạch lực21 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức TồnHình 3.3 Sơ đồ mạch động lực có bảo vệ và lọcCác thông số cơ bản:-Điện áp trên tải:Lấy trực tiếp điện áp lưới với U =220 V, ở chế độ dịng khơng đổi ta được:1 + = = = 1.25.-Dịng điện qua van Thyristor:== 39,16* = 11,421 (A)- Dòng chạy qua van Diode:22 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồn= 39,16* = 27,738 (A)- Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua cuộn thứ cấp của máy biến áp:= 39,16. = 29,9 (A)3.2.2 Tính chọn van động lực3.2.2.1 Lựa chọn van thyristor :Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện toả nhiệt,điện áp làmviệc, các thơng số cơ bản của van được tính như sau :-Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu :.-Điện áp ngược van cần chọn: (= 1,7)= 527,34 (V)Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, điện áp ngược của van cần phải chọnlơn hơn điện áp làm việc được tính từ cơng thức qua trên, qua hệ số dự trữ(thường được chọn lớn hơn 1,6)-Dòng điện làm việc của van:= 19,58 (A)Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toảnhiệt, quạt đối lưu khơng khí ,với điều kiện đó dịng định mức của van cần chọn(:23 Đồ án điện tử công suất= 2,5. 19,58 =48,95 (A)GVHD: T.s Chu Đức TồnĐể van bán dẫn có thể làm việc an tồn, khơng bị chọc thủng về nhiệt, phảichọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý ( hệ số xác định dòng điện hiệu dụngthường chọn 1,7 ÷ 2,5)Từ thông số trên tra phụ lục 2 sách Điện tử cơng suất phần I ta chọn Thyristorkí hiệu 50RIF60W20 có các thơng số sau:-Điện áp ngược cực đại: Ungmax = 600V.-Dòng điện định mức của van: Iđm = 50A.-Dòng điện đỉnh cực đại: Ipik= 1000A.-Dòng điều khiển: Ig= 150mA.-Điện áp điều khiển: Ug= 2,5V.-Dòng điện tự giữ : Ih = 200mA.-Dòng điện rò : Ir = 15mA.-Sụt áp khi van dẫn: U = 2,0V.-Tốc độ tăng áp: dU/dt = 500V/s.-Thời gian chuyển mạch: tcm = 120 .-Thời gian chuyển mạch: tcm = 15.-Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = C.3.2.2.2 Tính chọn van Diode cơng suất:- Dòng điện chỉnh lưu cực đại chảy qua điốt là:24 Đồ án điện tử cơng suấtGVHD: T.s Chu Đức Tồn-Điện áp ngược lớn nhất mà Điốt phải chịu :-Điện áp ngược của van cần chọn (= 1,7):= 527,34 (V)Từ thông số trên tra phụ lục 1 sách Điện tử công suất phần I ta chọn Diode kíhiệu SW08PCR030 có các thơng số sau:-Dịng điện chỉnh lưu cực đại: Imax = 30A-Điện áp ngược cực đại: Ungmax = 800V.-Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 350A .-Sụt áp ở chế độ dẫn: U = 1,64V.-Dòng điện thử cực đại: Ith = 130A.-Nhiệt độ cho phép: Tcp =17C.3.2.3 Tính tốn máy biến áp3.2.3.1 Tính cơng suất máy biến ápĐể tính được máy biến áp ta cần các đại lượng sau:-Điện áp chỉnh lưu khơng tải:Udo = Ud + Uv + Uba +Trong đó: - Điện áp chỉnh lưu25

Tài liệu liên quan

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
- 44
- 738
- 0
Tài liệu Đồ án điện tử công suất - Nguồn nạp ác qui tự động doc
- 94
- 694
- 0
đồ án điện tử công suất Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu3 pha Động cơ một chiều
- 86
- 4
- 118
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
- 47
- 16
- 363
Do an dien tu cong suat sơ lược về đông cơ không đồng bộ
- 54
- 925
- 18
đồ án điện tử công suất
- 42
- 664
- 0
đồ án điện tử công suất
- 52
- 389
- 0
Đồ án điện tử công suất
- 46
- 627
- 1
đồ án điện tử công suất
- 75
- 588
- 0
đồ án điện tử công suất
- 39
- 513
- 0