Xem mẫu
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
........ .......
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG-ĐO LƯỜNG
.......
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giáo viên hướng dẩn: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN THIỆN
TRẦN ĐỨC VIỆT
NGUYỄN VĂN DANH
Lớp : 01ĐTĐ
: TỰ ĐỘNG – ĐO LƯỜNG
Ngành
I. Đề tài thiết kế:
Nghiên cứu, thiết kế bộ nạp Acquy ứng dụng vi điều khiển
II. Số liệu ban đầu:
Lấy từ các thông số của các bộ nạp hiện có ở các trạm.
Hai bình acquy: Điện áp mỗi bình : U = 12V.
Dung lượng mỗi bình : I=5Ah
III. Nội dung phần thuyết minh và tính toán :
Chương I : Tổng quan về hệ thống tự động sạc acquy trong điện lực.
Chương II : Giới thiệu một số tủ nạp.
Chương III : Thiết kế bộ nạp.
Phần 1 : Thiết kế phần chỉnh lưu.
Phần 2 : Thiết kế mạch vi điều khiển.
Phần 3 : Giới thiệu các bộ biến đổi DAC, ADC.
Phần 4 : Sơ đồ mạch ghép nối giữa AT89C51với các bộ DAC, ADC.
IV.Trình chiếu Powerpoint:
Gồm có 4 bản.
V. Ngày giao nhiệm vụ : Ngày 13 tháng 02 năm 2006
: Ngày 28 tháng 5 năm 2006
VI. Ngày hoàn thành
Trang 1
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN DUYỆT
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
PGS.TS.Đoàn Quang Vinh
TRƯỞNG BỘ MÔN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Th.s Lâm Tăng Đức
Đà nẵng, ngày........tháng.......năm 2006
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 2
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Nhận xét của giáo viên duyệt:
..................................................................................................................................
.................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Trang 3
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
LỜI CẢM ƠN
Trong 5 năm học tại Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, chúng em đã nhận
được sự giúp đỡ dạy dỗ tận tình từ các Thầy cô trong toàn thể nhà trường nói
chung và các thầy cô giáo trong Khoa Điện nói riêng.
Trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, để có thể thực hiện tốt và
hoàn thành tốt đề tài không chỉ cá nhân tôi mà có sự giúp đỡ của quý thầy cô và
bạn bè
Đến bây giờ, khoá học sắp hoàn thành em xin được gửi lời cảm ơn chân thành
đến:
Thầy cô Khoa Điện, các thầy cô trong ngành tự động đo lường đã dạy dỗ
chúng em trong suốt 5 năm học.
Các thầy cô giáo trong toàn thể nhà trường Đại Học Bách Khoa
Đặc biệt em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Đoàn Quang Vinh
đã giúp đở em hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành một cách tốt nhất, tuy nhiên vẫn không
thể tránh khỏi những sai sót mong quý thầy cô thông cảm và góp ý thêm
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà nẵng, ngày 28 tháng 5 năm 2006
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN VĂN THIỆN
TRẦN ĐỨC VIỆT
NGUYỄN VĂN DANH
Trang 4
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
MỤC LỤC
Lời nói đầu.................................................................................................0
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI
TRONG ĐIỆN LỰC....................................................................................1
I. Giới thiệu về nguồn thao tác....................................................................1
II. Nguồn thao tác một chiều........................................................................1
1. Acqui, công dụng và phân loại...............................................................1
2. Acqui axit...............................................................................................2
3. Acqui kiềm.............................................................................................6
III. Các chế độ nạp điện..................................................................................8
1. Giới thiệu các chế độ nạp.......................................................................8
2. Các chế độ nạp: .....................................................................................8
2.1 Nạp điện đầu........................................................................................8
2.2 Nạp điện thường..................................................................................11
2.3 Nạp điện cân bằng...............................................................................11
2.4 Chế độ phụ nạp....................................................................................12
Chương 2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TỦ NẠP ĐẶC TRƯNG.....................14
I. Giới thiệu chung..........................................................................................14
II. Tủ nạp CDN-HPT 50 220 XE (truyền tải huế)..........................................14
1. Sơ đồ nguyên lý......................................................................................14
2. Nguyên tắc hoạt động.............................................................................16
III. Tủ nạp 3PH DC 110 50 của Hyundai-Vinashin........................................21
1. Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................21
2. Đặc tính chung.........................................................................................24
3. Đặc tính kỹ thuật......................................................................................25
IV. Tủ nạp CHLORIDE 3CBC 220 50 (công ty Việt Á).................................27
1. Sơ đồ nguyên lý........................................................................................27
2. Các thông số bộ nạp..................................................................................27
3. Chức năng của bộ nạp...............................................................................28
4. Nguyên tắc chung.....................................................................................28
5. Mô tả tóm tắt về bộ nạp............................................................................28
6. Đặc tính kỹ thuật chung............................................................................29
7. Các chế độ hoạt động................................................................................30
8. Mô tả tóm tắt mạch điều khiển 3CBC-4...................................................30
Chương 3 THIẾT KẾ BỘ NẠP.....................................................................33
I. Giới thiệu công nghệ......................................................................................33
II. Phần thiết kế.................................................................................................34
Phần 1:Thiết kế phần chỉnh lưu ...................................................................34
1. Tính toán bộ nguồn và mạch chỉnh lưu......................................................34
2. Tính toán các thông số và chọn các linh kiện của mạch điều khiển...........40
Phần 2: Thiết kế mạch vi điều khiển..............................................................44
Trang 5
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
1. Giới thiệu về họ vi điều khiển....................................................................44
2. Cấu trúc phần cứng của 8051.....................................................................47
3. Giới thiệu các chế độ địa chỉ của 8051.......................................................58
4. Hoạt động của bộ định thời timer...............................................................59
5. Hoạt động của cổng nối tiếp.......................................................................61
6. Hệ thống ngắt..............................................................................................65
Phần 3: Giới thiệu các bộ biến đổi DAC, ADC..............................................69
1. Bộ biến đổi tương tự DAC.............................................................................69
1.1 Giới thiệu chung.........................................................................................69
1.2 Ghép nối DAC0808 (MC1408) với 8051...................................................71
2. Bộ biến đổi tương tự số ADC........................................................................72
2.1 Giới thiệu chung.........................................................................................72
2.2 Ghép nối ADC0804 với 8051.....................................................................72
Phần 4: Chương trình......................................................................................77
1. Sơ đồ mạch ghép nối giữa AT89C51 với các bộ DAC, ADC......................77
2. Viết chương trình..........................................................................................78
Tài liêu tham khảo.............................................................................................81
Trang 6
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên đà phát triển. Đặc trưng là
kỹ thuật máy tính, công nghệ thông tin và tự động hoá. Điều đó đã mang lại lợi
ích to lớn về nhiều mặt như đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm
nguyên vật liệu, nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất..
Cùng trong xu thế đó, năm 1972 hãng Intel đã đưa ra giới thiệu bộ vi điều
khiển (microcontroller), một chip tương tự như bộ vi xử lý là một trong những
bộ đã và đang có những ứng dụng ngày càng rộng rãi và thâm nhập ngày càng
nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Hầu hết các thiết bị kỹ
thuật từ phức tạp đến đơn giản như thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn
phòng cho đến các thiết bị trong gia đình đều có dung các bộ vi điều khiển.
Dựa trên những kiến thức đã học, em sử dụng bộ vi điều khiển 8051 để thiết
kế bộ sạc acqui điện lực. Đây là dịp để chúng em cũng cố lại kiến thức đã học,
từng bước nắm bắt kiến thức thực tế khi ra trường hoà nhập vào trong xã hội.
Đề tài của em gồm có 3 chương cơ bản:
Chương1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI
TRONG ĐIỆN LỰC
Nội dung của chương này là giới thiệu tổng quan về hệ thống tự động sạc
acqui điện lực, nguồn thao tác một chiều, các nguồn thao tác một chiều và các
chế độ nạp của acqui.
Chương2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TỦ NẠP ĐẶC TRƯNG
Nội dung cơ bản của chương này là đưa ra một số tủ nạp điện lực đặc trưng
ứng dụng vi diều khiển gồm các tủ nạp: Tủ nạp CDN-HPT 220 50 XE (của
truyền tải huế), tủ nạp 3PH DC 110 50 (của công ty TNHH Hyundai_Vinashin),
và tủ nạp CHLORIDE 3CBC 220 50 (của công ty Việt Á)
Chương 3 THIẾT KẾ BỘ NẠP
Nội dung của chương này là phần thiết kế chính. Giới thiệu công nghệ chính.
Phần chỉnh lưu, tính toán phần chỉnh lưu. Phần điều khiển, tính toán mạch điều
khiển. Phần vi điều khiển, phần ghép nối với thiết bị tương tự DAC ADC. Sơ đồ
thuật toán và viết chương trình.
Với điều kiện thời gian cũng như kiến thức có hạn nên chắc chắn đồ án không
thể tránh khỏi các thiếu sót. Do vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy
Cô.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Đoàn Quang Vinh-
Giáo viên hướng dẫn, cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Điện,
Trang 7
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
đặc biệt là quí thầy cô trong bộ môn Tự động - Đo lường đã tạo mọi điều kiện
để em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình.
Đà Nẵng, Ngày 28 tháng 5 năm 2006
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN VĂN DANH
TRẦN ĐỨC VIỆT
NGUYỄN VĂN THIỆN
Trang 8
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI
TRONG ĐIỆN LỰC
I. Giới thiệu về nguồn thao tác :
Trong nhà máy điện và trạm biến áp, nguồn điện thao tác làm nhiệm vụ cung
cấp điện cho các thiết bị bảo vệ, tự động hóa, điều khiển, tín hiệu, chiếu sáng s ự
cố, các cơ cấu tự dùng quan trọng…Nguồn điện thao tác cần có độ tin cậy cao,
độc lập với lưới điện chính hay sự cố, có công suất đủ lớn để đảm bảo sự làm
việc chắc của các thiết bị trong chế độ nặng nề nhất, điện áp trên thanh góp cần
có độ tin cậy cao. Muốn vậy các nguồn thao tác và lưới phân phối cần có độ dự
trữ lớn, đảm bảo an toàn, dể sử dụng và một yêu cầu chung nửa là kinh tế.
Nguồn thao tác có thể là một chiều hoặc xoay chiều. Song để có độ tin cậy
cung cấp điện cao và cấu tạo của các thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, trong các nhà
máy điện và các trạm biến áp lớn người ta thường dung nguồn thao tác một
chiều, mặc dù giá thành của chúng đắt và vận hành khá phức tạp. Nguồn thao tác
một chiều thường là acqui và các thiết bị chỉnh lưu có công suất lớn, nhưng trong
một số trường hợp người ta dung bộ nghịch lưu tạo “điện áp xoay chiều an toàn”
để cung cấp điện cho các máy tính và các phương tiện bảo vệ điện tử trong các
nhà máy điện và trạm biến áp có hệ thống thứ cấp hiện đại.
Điện áp của nguồn thao tác một chiều thường là 220KV và 110KV đối với
các lưới cung cấp cho rơle và thiết bị điều khiển; 60V, 48V và 24V đối với các
mạch tín hiệu, thông tin…
Nguồn thao tác xoay chiều do có nhiều nhược điểm quan trọng, nên chỉ
được dùng trong các trạm biến áp nhỏ.
II.Nguồn thao tác một chiều:
Acqui được xem là nguồn thao tác một chiều tin cậy nhất vì sự làm việc của
chúng không phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều và đảm bảo cho các thiết bị thứ
cấp làm việc tốt ngay cả khi mất toàn bộ nguồn điện chính của nhà máy hoặc của
trạm. Một ưu điểm không nhỏ của acqui là khả năng cho phép quá tải ngắn hạn
khá lớn, điều này đặc biệt cần thiết khi dung điện một chiều để đóng cắt trực tiếp
các máy cắt công suất lớn vì khi đó sẻ có sự nhảy vọt về dòng điện.
Trang 9
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
1. Acqui, công dụng và phân loại:
Acqui là nguồn điện hóa học, cung cấp dòng điện một chiều cho tải, có đặc
tính cơ bản là có thể làm việc ở chế độ phóng (nguồn điện) và chế độ nạp (phụ
tải). Khi làm việc ở chế độ nạp, acqui tiếp nhận năng lượng của nguồn nạp, tích
lũy lại dưới dạng hóa năng. Khi làm việc ở chế độ phóng, hóa năng được biến
thành điện năng cung cấp cho tải. Do đó, có thể coi acqui là một bình tích trữ
điện năng để dùng khi cần thiết, và acqui có thể xem là bình điện.
Do tính chất cơ bản là tích lũy được điện năng, nên acqui chủ yếu được dùng
làm nguồn làm nguồn điện dự trữ, để đảm bảo sẳn sàng cung cấp điện liên tục
trong các trường hợp cần thiết. Ở các nhà máy điện và trạm biến áp, acqui được
dùng làm nguồn dự trữ cơ bản của hệ thống điện một chiều, cấp cho các mạch
điều khiển, tín hiệu, bảo vệ rơle, tự động, và nguồn chiếu sáng sự cố khi mất
nguồn điện xoay chiều. Acqui còn được dùng trên ôtô, tàu thủy, máy bay làm
nguồn điện mở máy động cơ, làm nguồn điện của các thiết bị thông tin, liên lạc
và nhiều mục đích khác.
Acqui dùng làm nguồn điện thao tác có ưu điểm cơ bản là đảm bảo chắc
chắn độ tin cậy cao, ít phụ thuộc vào nguồn xoay chiều. Ngoài ra, acquy có dung
lượng lớn, điện áp ít biến thiên, có khả năng cấp dòng điện lớn khi đóng máy cắt,
ít làm ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ Rơle, hệ thống điều khiển, tín hiệu
và tự động của nhà máy điện và trạm biến áp. Chính vì thế nguồn thao thác bằng
điện một chiều có hệ thống acqui hiện nay được dùng ở hầu hết các nhà máy
điện và trạm biến áp công suất trung bình trở lên.
Tuy nhiên, acqui làm phức tạp hóa sơ đồ tự dùng của các nhà máy, quy trình
vận hành và bảo quản phiền phức, tăng giá thành xây dựng, nên ở những trạm
không lớn lắm, người ta có xu hướng dung nguồn điện thao thác xoay chiều thay
cho acqui .
Căn cứ theo cấu tạo, acqui có hai loại phổ biến là acqui axit (hay acqui chì)
và acqui kiềm. Acqui kiềm có 3 kiểu cấu tạo bản cực là acqui cadmi-kền acqui
sắt -kền và acqui bạc-kẽm .
Căn cứ theo điều kiện sử dụng, người ta chia acqui tĩnh tại, là acqui đặt cố
định trong các phòng riêng (phòng acqui) và acqui di động trên ôtô, tàu thủy, tàu
hỏa, máy bay…
2. Acqui axit:
2.1 Cấu tạo của acqui axit:
Trang 10
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Acqui axit tĩnh tại gồm có vỏ và các tấm cực chì. Võ làm bằng gỗ trong đó
có lót lá chì. Nói chung hiện nay acqui đặt ở các nhà máy điện hoặc trạm biến áp
đều có vỏ bằng thủy tinh hoặc nhựa tổng hợp. Tấm cực là khung làm bằng hợp
kim chì antimoan, có nhét đầy chất hoạt tính là bột chì và chì ôxit hoặc hổn hợp
chì ôxit và antimoan. Sau khi đã nạp đầy, các tấm cực sẽ được phân cực. Chất
hoạt tính ở cực dương sẽ là chì điôxit còn ở cực âm là chì xốp màu ánh thép.
Các tấm cực cùng cực tính được nối với nhau thành các tấm cực và có một
đầu ra chung. Như vậy các tấm cực sẽ nối song song với nhau. Các tấm cực
dương và âm được đặt xen kẻ với nhau, sao cho chúng ở gần với nhau (song
song với nhau), nhưng không được chạm nhau. Để tránh chất hoạt tính bong ra,
gây chạm chập, người ta lót giữa các tấm cách. Tấm cách làm bằng gỗ dán hoặc
các tấm lưới mắt nhỏ bằng ebonite. Giữa các tấm cưc, còn có đũa ngăn cách
bằng gổ hoặc thủy tinh, để tránh bản cực bị cong sẽ chụp vào nhau.
Acqui axit di động (acqui ôtô, tàu thủy ….). Khối tấm cực của acqui gồm có
khối dương và khối âm, giữa chúng có tấm ngăn cách. Các tấm cực dương có
mấu để đưa vào gờ đở tấm cực, còn tấm cực âm thì tựa vào đế cách điện. Các
tấm cực đặt trong vỏ bằng nhựa tổng hợp, trên là nắp có ba lỗ, lỗ giữa để bổ sung
dung dịch còn hai lổ bên để thông khí. Lổ bổ sung dung dịch có nút nhằm thoát
khí từ trong acqui ra, đồng thời ngăn dung dịch chảy ra ngoài khi acqui bị song
sánh trong quá trình di chuyển acqui.
Các tấm cực của acqui axit được đặt trong dung dịch điện phân là axit
sunfuric. Tỷ trọng dung dịch khi mới đổ vào acqui là 1,18 và sau khi nạp đầy là
1.20-1,21.
Hình 1-1. Cấu trúc
của acqui axit
Trang 11
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
2.2 Nguyên lý hoạt động của acqui axit :
Sau khi lắp acqui, cần tiến hành nạp để phân cực tính acqui. Khi chưa nạp, ở
cả cực âm và cực dương đều có chất hoạt tính là chì ôxit PbO. Khi ngập trong
dung dịch, chì ôxit tác dụng với axit để biến thành chì sunfat :
PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O
Như vậy cả hai cực đều có cùng cực tính là PbSO4, nên acqui chưa phân cực và
chưa thể phóng điện được
Tải
If
A
In A
If
H+
In
+
H SO4--
--
SO4
PbO2 Pb
PbSO4 PbSO4
(a) (b)
Hình 1-2. Sơ đồ nạp (a) và phóng (b) của acqui axit.
Muốn nạp điện, ta nối cực dương của acqui vào cực dương nguồn nạp, cực âm
acqui vào cực âm nguồn nạp (hình a). Trong dung dịch, dòng điện sẽ đi từ cực
dương về cực âm. Do đó, các ion dương H đi về cực âm và các ion âm SO--đi về
cực dương.
Tại cực dương, anion SO4— sẽ ôxi hóa thì sunfat theo phản ứng:
SO4-- + PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4
Còn ở cực âm, cation H+ sẽ khử, chỉ sunfat theo phản ứng:
2H+ + PbSO4 = Pb + H2SO4
Kết hợp cả hai phản ứng ở cực dương và âm, ta có phương trình phản ứng tổng
hợp khi nạp điện:
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 = PbO2 + 2H2SO4 + Pb
(+) ( -) (+) ( -)
Trang 12
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Qua phương trình này, ta có các nhận xét sau:
Trong quá trình nạp điện :
+Chất hoạt tính ở cực dương biến dần thành chì điôxit PbO2, còn chất họat
tính ở cực âm biến dần thành chì xốp. Kết quả là acqui được phân cực;
+Axit sunfuric được giải phóng, còn nước bị phân tích, do đó, nồng độ nhiệt
tăng lên, sức điện động của acqui tăng theo, điện trở trong giảm xuống .
Qúa trình nạp coi như kết thúc, khi tất cả chất hoạt tính đã biến hóa hết và do
đó, nồng độ dung dịch không tăng nữa. Sức điện động của acqui khi nạp đầy
khoảng 2,05V .
Khi acqui phóng điện (như hinh vẽ) dòng điện qua dung dich đi từ cực âm về
cực dương. Do đó, cation H+ đi theo chiều dòng điện sẽ về cực dương còn anion
SO4— đi về cực âm.
Tại cực dương, cation H+ sẽ khử chì điôxit để giải phóng chì sunfat :
2H + H2SO4 + PbO2 = PbSO4 + 2H2O
Còn ở cực âm anion SO4-- sẽ ôxi hóa chì, biến thành chì – Sunfat :
SO4 + Pb = PbSO4
Phương trình phản ứng khi phóng điện là :
PbO2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4
(+) ( -) (+) ( -)
Qua phương trình này ta có nhận xét sau:
Trong quá trình phóng điện:
+ Chất hoạt tính ở cực dương (PbO2) và cực âm (Pb) bị tiêu hao dần, biến
thành chì sunfat (PbSO4) và do đó, sự phân cực của acqui giảm dần;
+ Axit sunfuric bị phân tích, nước được tạo thêm, nên nồng độ giảm dần.
Kết quả là sức điện động của acqui giảm dần, còn điện trở trong tăng lên.
Về lý thuyết, có thể cho acqui phóng hết hoàn toàn dung lượng, tức là tất cả
các chất hoạt tính đã biến thành chì sunfat, sức điện động của acqui bằng không.
Thực ra, khi phóng gần hết dung lượng, điện trở trong tăng lên nhanh chóng,
điện áp trên cực acqui giảm nhanh và khi sức điện động đã giảm nhiều, acqui rất
khó phục hồi dung lượng. Vì thế, người ta qui định là chỉ được phóng đến điện
áp 1,7-1,8V thì phải ngừng phóng và tiến hành nạp lại acqui.
Trang 13
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
2.3. Các thông số của acqui:
Sức điện động: Sức điện động của acqui là điện áp không tải trên cực acqui.
Sức điện động của acqui chỉ chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ nhiệt và có thể xác
định gần đúng theo công thức thực nghiệm sau:
E0 = 0,84 +
Ở đây, là tỷ trọng dung dịch.
Theo công thức này, sức điện của acqui khi nạp đầy ( =1,21) sẽ là: E0 =
0,84 + 1,21= 2,05V còn khi phóng hết ( = 1,15), E0 = 1,99V. Vì thế, có thể
coi sức điện động của acqui axit là 2V .
Dòng điện phóng : IF và dòng điện nạp In là các đại lượng ảnh hưởng rất lớn
làm việc của acqui. Nếu phóng với dòng điện lớn, phản ứng xảy ra mạnh, chất
hoạt tính bị biến đổi nhanh, sẽ tạo thành một lớp chì sunfat bao bộc bên ngoài và
do đó, sẽ cản trở lớp hoạt tính bên trong tiếp xúc với dung dịch. Kết quả là một
số chất hoạt tính không tham gia phóng điện và do đó, dung lượng phóng của
acqui sẽ giảm đi. Ngược lại, nếu phóng với dòng điện nhỏ, phản ứng xảy ra từ
từ, làm cho chất hoạt tính có thể tham gia toàn bộ vào quá trình phóng điện và
dung lượng phóng sẽ tăng lên .
Gọi thời gian phóng từ lúc bắt đầu phóng đến lúc phóng hết là tf tương ứng
dòng điện phóng If, ta có dung lượng phóng tương ứng là Qf :
Qf = I f . t f
Người ta lấy dung lượng phóng tương ứng với chế độ 10h là dung lượng định
mức của acqui -Qdm . Đó là dung lượng lớn nhất của acqui khi phóng với dòng
điện lớn hơn dòng điện phóng 10h, dung lượng phóng sẽ nhỏ hơn Qđm .
Điện áp ngưỡng phóng: Unf là điện áp ở cực khi acqui đã phóng hết dung
lượng quy định. Đối với acqui axit, Unf =1,7-1,8 V.
Điện áp nạp đầy Unđ : Là điện áp trên cực khi acqui đã nạp đầy dung lượng
quy định. Đối với acqui axit Unđ = 2,5-2,7 V .
d. Đặc tính của một số acqui axit:
Ở các nhà máy điện và trạm biến áp có đặt acqui làm nguồn điện thao tác một
chiều, thông thường dùng loại acqui mã hiệu C và CK do Liên Xô sản xuất, các
bình acqui kiểu CK khác những bình kiểu C ở chổ thanh nối giữa các bình được
tăng bề dày. Kèm theo ký hiệu C và CK có một con số chỉ độ lớn của acqui. Số
Trang 14
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
hiệu càng cao, acqui có dung lượng càng lớn, và do đó khối lượng và thể tích
cũng lớn theo
3. Acqui kiềm:
Acqui kiềm có điện cực dương là các tấm xốp hợp chất niken, cực âm là các
tấm xốp cađmi, chất điện phân là dung dịch kiềm KOH. Acqui được dùng nhiều
trong các nhà máy điện và trạm biến áp nhỏ và trung bình, có sự hạn chế về
không gian. Các loại thường được sử dụng là:
- có các bản cực dương kiểu ô nhỏ ;
T/TP
TS/TSP - acqui khởi động có cực dương kiểu ô nhỏ.
Hình 1-3. Cấu trúc của acqui kiềm
So với acqui axit acqui kiềm có những ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm:
Độ bền cơ lớn hơn, tuổi thọ cao;
-
Dễ bảo dưỡng ;
-
Thể tích và trọng lượng nhỏ hơn đáng kể ;
-
Ít ảnh hưởng đến môi trường ;
-
Nhược điểm:
Điện áp mỗi ngăn nhỏ hơn (1.2V/ngăn so với 2V/ngăn của acqui
-
axit);
Khi nạp thêm tăng 50% ;
-
Khi phóng điện áp giảm 20%;
-
Trang 15
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Hiệu suất chỉ bằng 75% theo dung lượng Ah và 50-60% theo năng
-
lượng Wh, do vậy, dòng điện tiêu thụ lớn hơn rất nhiều
Tiêu thụ nước cất nhiều hơn, phải thay nước điện phân hai năm
-
một lần;
Nhạy với nhiệt độ, do vậy, nếu dùng ở những nơi có khí hậu nóng
-
cần phải kể đến nhiệt độ môi trường khi thiết kế ;
Các đặc tính phóng điện dốc hơn;
-
Có giới hạn thay đổi điện áp khi phóng điện nhỏ ;
-
Bội số quá tải cho phép ngắn hạn về dòng điện nhỏ hơn nhiều so
-
với acqui axit.
Từ các so sánh trên, dễ dàng thấy được vì sao trước đây người ta hay sử
dụng acqui axit trong các nhà máy điện và trạm biến áp, mặt dù phải cần đến
phòng đặt acqui đặc biệt để tránh độc hại và ngăn ngừa tác động ăn mòn của hơi
axit.
4. Chế độ nạp điện:
4.1 Các chế độ nạp điện:
Quá trình nạp điện có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng của acqui. Tùy
theo mục đích và yêu cầu nạp điện, người ta chia ra làm nhiều chế độ nạp khác
nhau:
+ Nạp điện lần đầu: Chỉ tiến hành với acqui axit, để phân cực acqui và nạp
dung lượng đầu tiên cho acqui. Ta biết, khi mới lắp, cả hai tấm cực dương và cực
âm đều cùng chứa cùng một chất hoạt tính là chì-sunfat. Nạp điện đầu sẽ phân
cực các tấm cực tạo ra chì điôxit ở cực dương và chì xốp ở cực âm.
+ Nạp điện thường: để phục hồi dung lượng cho acqui sau khi đã phóng hết
dung lượng. Nạp điện thường tiến hành cả cho acqui axit và acqui kiềm
+ Nạp điện cân bằng: nhằm mục đích khử sunfat cho acqui axit. Hiện tượng
sunfat hóa hay xuất hiện ở acqui axit là một trong các nguyên nhân làm giảm
dung lượng của acqui. Đó là hiện tượng chì sunfat hình thành ở tấm cực không
tham gia phản ứng trong quá trình nạp điện thường, và do đó, chất hoạt tính
không được giải phóng đầy đủ. Nếu hiện tượng sunfat hóa xảy ra nhiều và tồn tại
lâu dài, chì sunfat sẽ kết cứng thành chai tấm cực sẽ mất dần khả năng tham gia
phản ứng phóng nạp. Vì thế, nạp điện cân bằng nhằm khử kịp thời hiện tượng
này.
Trang 16
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
+ Phụ nạp thường xuyên: Nhằm mục đích bổ sung kịp thời dung lượng
acqui bị giảm do phóng điện hay hiện tượng tự phóng. Như vậy, acqui được phụ
nạp sẽ thường xuyên đầy dung lượng. Acqui ở các nhà máy điện, trạm biến áp,
trên ôtô…nói chung đều có phụ nạp.
+ Nạp phục hồi : Để phục hồi tấm cực bị sunfat hóa nặng. Nạp phục hồi chỉ
tiến hành để sửa chữa acqui.
+ Nạp bổ sung: Để nhằm nạp đầy acqui sau một thời gian phóng điện. Nạp
bổ sung chỉ tiến hành với các acqui không làm việc ở chế độ phụ nạp.
Sau đây, ta xét một số chế độ nạp acqui thường gặp trong việc vận hành acqui.
4.2 Nạp điện đầu:
Nạp điện đầu, còn gọi là nạp hình thành tiến hành đối với acqui axit vừa lắp
xong, trước khi đưa vào vận hành, hoặc đối với các acqui sau sửa chữa lớn có
thể thay thế tấm nạp. Nạp hình thành nhằm mục đích biến đổi chì sunfat thành
chì đioxit ở cực dương và chì xốp ở cực âm. Thời gian và phẩm chất của acqui
sau này sẽ phụ thuộc vào chất lượng nạp hình thành.
Nạp điện đầu cần truyền cho acqui một dung lượng gấp 10 lần dung lượng
định mức của acqui, với dòng điện nạp cho ở bảng sau đối với các acqui OT
hoặc TT, thời gian khoảng 65-75h.
Dung dịch điện phân rót vào bình phải có tỷ trọng 1,1S, nhiệt độ không quá
o
30 C. Sau khi rót vào bình, tỷ trọng chất điện phân sẽ giảm xuống trong một vài
giờ đầu, hiện tượng đó là bình thường, không cần phải điều chỉnh.Acqui đã rót
chất điện phân cần để yên trong 2-4h cho dung dịch thấm đều vào các tấm cực.
Đối với các acqui OT và TT, tỷ trọng dung dịch rót vào bình là 1,26.
Trang 17
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Bảng 1.4. Đặc tính kỹ thuật của acqui sắt kiềm
Dung lượng Dòng điện 4,5 lần dung Dung lượng Nạp hình
nạp định hình thành định mức thành [Ah]
mức[Ah] [A ] [Ah]
1 36 7 162 360
2 72 11 325 720
3 108 21 485 1080
4 110 28 650 1110
5 166 35 820 1300
6 216 30 975 2100
8 288 40 1300 2880
10 566 50 1620 3600
12 132 60 1960 4320
11 504 70 2270 5010
16 576 80 2590 5760
18 648 90 2920 6180
20 720 100 3210 7200
21 861 108 3380 8610
23 1008 126 4510 10080
32 1152 141 5185 11520
36 1296 162 5830 12960
40 1140 180 6480 14100
41 1584 198 7110 15840
48 1728 216 7780 17280
Nguồn điện nạp cần đảm bảo cung cấp liên tục dòng điện như cho trong bảng
và phải có khả năng điều chỉnh được dòng điện ( thay đổi điện áp trên cực
acqui). Cực dương nguồn phải đấu đúng với cực dương acqui .
Trang 18
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Trình tự nạp điện đầu như sau :
+ Nạp điện liên tục với dòng điện như trong bảng trên, sao cho dung lượng
nạp đạt 4,5 lần dung lượng định mức, điện áp trên cực acqui đạt tới giá trị không
dưới 2,4V .
+ Sau đó cho ngừng 1 giờ để kiểm tra acqui, phát hiện các sai sót, bổ sung
thêm dung dịch .
+ Tiếp tục nạp với dòng điện nạp đầu, truyền cho acqui một dung lượng bằng
định mức. Sau đó lại ngừng một giờ, rồi lại nạp một dung lượng định mức. Cứ
như thế tiếp tục cho đến khi đạt tổng dung lượng nạp đủ 10 lần dung lượng định
mức.
Quá trình nạp điện kết thúc khi đạt được các yêu cầu sau:
- Điện áp trên mỗi bình đạt trị số 2,5-2,75V
- Tỉ trọng dung dịch điện phân đạt 1,2-1,21 và không đổi trong thời gian 2-3
giờ liền (đối với acqui OT, tỉ trọng này là 1,26 ).
- Có hiện tượng sôi chất điện phân ở các tấm cực ở tất cả các bình.
Cần chú ý là khi tiến hành nạp đầu để truyền 4,5 lần dung lượng đầu tiên, cần
hết sức tránh ngừng nạp acqui. Nếu nhiệt độ dung dịch vượt quá 40oC, khi cần
áp dụng các biện pháp quạt gió, chứ không nên giảm dòng điện nạp. Trị số dòng
điện nạp đầu ghi ở bảng là trị số tối đa. Thực tế có thể nạp với dòng điện nhỏ
hơn, nhưng thời gian phải kéo dài để đảm bảo dung lượng nạp.
Sau khi kết thúc nạp điện đầu, cần phải tiến hành ba lần phóng điện tập dượt,
phóng hết dung lượng và nạp điện thường cho tới đầy. Dòng điện phóng thực
hiện theo chế độ 3 giờ hoặc 10 giờ, qua điện trở trước. Dung lượng phóng tính
theo công thức:
Qf = If.cb . Tf
Ở đây, If.cb là dòng điện phóng trung bình. Dung lượng thực tế cần quy đổi về
nhiệt độ dung dịch ở 25oC theo công thức sau:
Qt
Q25 =
1 0,008(t 25)
Ở đây, Q25 và Qt là dung lượng ở 25oC và toC, cuối cùng, acqui được tiến hành
nạp điện thường để kết thúc quá trình nạp điện đầu.
Trang 19
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
- Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
c. Nạp điện thường:
Nạp điện thường nhằm mục đích phục hồi đủ dung lượng cho acqui, sau khi
acqui đã phóng hết dung lượng quy định, thông thường là 75% dung lượng định
mức, khi acqui phóng điện ở chế độ lâu dài, tương ứng với sức điện động mỗi
bình không dưới 1,9V, tỷ trọng dung dịch điện phân 1,155-1,17 đối với acqui
axit kiểu CK, hoặc 1,13 đối với acqui OT.
Trước khi nạp, cần kiển tra sức điện động, tỉ trọng và mức dung dịch trong
mỗi bình. Nếu tỉ trọng và mức dung dịch không đủ thì cần phải bổ sung .
Dòng điện nạp tối đa cho phép đối với acqui chỉ được áp dụng trong trường
hợp khẩn cấp, khi acqui đã trải qua 10-12 lần phóng nạp bình thường, còn nói
chung, chỉ được nạp acqui bằng dòng điện không quá 75% dòng điện nạp tối đa,
tức là bằng dòng điện nạp ghi trong bảng số liệu acqui. Đối với acqui kiềm, dòng
điện nạp thường là dòng điện ở chế độ nạp 7 giờ.
Khi điện áp trên mỗi bình đạt tới 2,3-2,4V, acqui bắt đầu hiện tượng sôi, cần
giảm dòng điện nạp, đến trị số bằng 40% dòng điện nạp tối đa.
Trong suốt quá trình nạp, nhiệt độ dung dịch không vượt quá 40%. Khi nhiệt
độ vượt quá trị số này, cần giảm dòng điện nạp.
Khi nạp acqui, cần mở quạt thông gió phòng acqui để hơi axit bốc ra dể dàng
phóng ra ngoài. Nếu không có phương tiện thông gió, cần đặt acqui nạp ở chổ
thoáng gió.
Acqui nạp đều được xác định bởi các điều kiện sau:
+ Khi dòng điện nạp giảm 40% dòng điện nạp tối đa, mà điện áp trên mỗi
bình
đạt tới 2,5-2,7V và giữ không đổi trong 1h, đối với acqui kiềm, điện áp này là
1,8V.
+ Tỷ trọng dung dịch đạt trị số 1,2-1,21 và giữ không đổi trong 1h; đối với
acqui OT,tỷ trọng là 1,26.
+ Có hiện tượng sôi mạnh ở tất cả các tấm cực;
+ Đã truyền cho acqui đủ dung lượng cần nạp; dung lượng này bằng 1,18-
1,2 lần dung lượng acqui đã phóng ra trước khi nạp.
Trang 20
SVTH: Trần đức việt
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
nguon tai.lieu . vn
