Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................5
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ACQUY.....................................................................6
1.1. ACQUY AXIT...................................................................................................6
1.1.1 CÁC LOẠI ACQUY AXIT..........................................................................6
1.1.2. CẤU TẠO CỦA ACQUY AXIT................................................................7
1.2. ACQUY KIỀM................................................................................................12
1.2.1. Cấu tạo của acquy kiềm.............................................................................12
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của acquy kiềm........................................................13
1.3. Dung lượng của acquy......................................................................................13
1.4. Sự khác nhau giữa ac quy axít và ácquy kiềm..................................................15
1.5. Điện trở nội của Ắc quy...................................................................................16
1.6. Kỹ thuật Nạp Ắc quy........................................................................................17
1.6.2. Các phương pháp nạp Ắc quy...................................................................18
1.7. Đặc tính phóng nạp của acquy..........................................................................22
1.7.1. Đặc tính phóng của ac quy........................................................................22
1.7.2. Đặc tính nạp của acquy..............................................................................23
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN........26
2.1.Chỉnh lưu một nửa chu kì có điều khiển............................................................26
2.2.Chỉnh lưu cả chu kì có điều khiển.....................................................................26
2.3. Chỉnh lưu cầu điều khiển hoàn toàn.................................................................27
2.4.Chỉnh lưu cầu bán điều khiển............................................................................28
2.5. Bảo vệ quá điện áp cho van..............................................................................30
2.6. Giới thiệu về vi mạch TCA 785.......................................................................32
2.6.1. Giới thiệu chung........................................................................................32
2.3.3. Tính toán các phần tử bên ngoài................................................................37
2.3.4. Nguyên lí làm việc của TCA 785..............................................................38
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MẠCH..............................................................40
3.1. Sơ đồ khối........................................................................................................40
3.1.1. Khối nguồn................................................................................................40
3.1.2.Khối điều chỉnh điện áp..............................................................................41
3.1.3.Khối mạch lực............................................................................................42
33.1.4.Khối đóng cắt.............................................................................................42
3.2. Sơ đồ nguyên lý................................................................................................44
3.3.Sơ đồ mạch board..............................................................................................44
3.4. Nguyên lý hoạt động toàn mạch.......................................................................45
3.5. Khảo sát mạch nguồn.......................................................................................46
CHƯƠNG 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ LỜI KẾT.................................................50
4.1. Ưu điểm:..........................................................................................................50
4.2. Nhược điểm:.....................................................................................................50
4.3. Hướng phát triển..............................................................................................50
4.4. Lời kết..............................................................................................................50
4
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiLỜI NÓI ĐẦU
Trước mô
̣
t nền khoa học và kỹ thuât ng ̣ ày càng phát triển như hiên nay v ̣ ới nhiều
linh kiê
̣
n và sự sáng tạo mới đã giúp ích rất nhiều cho con người như: Máy tính, xe
đạp điên, ô tô-xe m ̣ áy,…Nhưng chúng ta ít biết rằng không phải là khi chúng ta
cắm điê
̣
n 220v vào máy tính thì máy có thể chạy ngay hay điên c ̣ ó trong xe là dòng
điê
n được c ̣ ấp trực tiếp từ lưới điên 220V. M ̣ à thực chất thì dòng điên 220V đ ̣ ó đã
được biến đổi thành môt d ̣ ạng khác và dạng khác được nói ở đây chính là dòng điện
mô
̣
t chiều và nó đã được tích trữ trong các loại acquy, pin, tụ điên… ̣
Tuy bộ phận cấp nguồn một chiều chỉ là môt ph ̣ ần rất nhỏ của toàn bô kh ̣ ối làm
viê
c chung của mạch. Nhưng n ̣ ó lại giữ môt vai trò r ̣ ất quan trọng và nếu thiếu nó
thì cả khối đó sẽ khó có thể làm viêc có hiê
u qu ̣ ả được. Cho nên nhóm chúng em đã
quyết định chọn nghiên cứu, lắp ráp mạch cấp nguồn môt chi ̣ ều và một trong những
ứng dụng thực tế là dùng để sạc acquy.
Qua một thời gian nghiên cứu với sự hướng dẫn tân t ̣ ình của thầy Trần Xuân
Tiến, chúng em đã hoàn thành mạch cấp nguồn một chiều sạc cho loại acquy 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 mắc phải nhiều thiếu sót, chúng em rất mong được các
thầy cô hướng dẫn chỉ bảo thêm để chúng em có thể hoàn thiên tốt đ ̣ ồ án này và
những đồ án về sau.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
5CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ACQUY
Acquy là một dạng nguồn điện hóa học dùng để lưu trữ điện năng dưới dạng hóa
năng. Có 2 dạng acquy chính đó là acquy axit và acquy kiềm.
1.1. ACQUY AXIT
1.1.1 CÁC LOẠI ACQUY AXIT
1.1.1.1.Acquy “châm nước”
Có nghĩa là phải “châm nước” (bảo dưỡng) thường xuyên mỗi khi ắc quy cạn
dung dịch. Nếu không châm dung dịch acid kịp thời, ắc quy sẽ mất khả năng tích
điện, phóng điện và thậm chí là bị phù (trương), hỏng. Khi sạc, dung dịch bên trong
ắc quy thường bốc mùi rất khó chịu và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe. Khi đặt
sai vị trí (nghiêng, sấp, …), dung dịch trong ắc quy sẽ thoát ra ngoài. Vì những
điểm yếu đó mà dòng ắc quy này thường chỉ được dùng trong những môi trường
ngoài trời như dùng để khởi động động cơ, máy phát, xe tải, ô tô…
1.1.1.2.Ắcquy miễn bảo dưỡng
Miễn bảo dưỡng là không cần can thiệp bằng cách châm nước như acquy
châm nước ). Khi sạc khí vẫn thoát ra ngoài nhưng ít hơn dòng sản phẩm châm
nước; khi để không đúng vị trí (nghiêng, sấp, …) thì dung dịch bên trong ắc quy sẽ
thoát ra ngoài. Nó được thiết kế hầu hết cho mục đích “khởi động” hay còn gọi là
“kích điện” – điều này thể hiện ở hai cực của ắc quy (thông thường hai cực của
được thiết kế theo dạng tròn và rất lớn – vì khi kích điện, ví dụ cho xe tải, xe ô tô,
máy phát, … acquy cần phóng một lượng điện cực lớn trong một khoảng thời gian
rất ngắn để khởi động động cơ).
1.1.1.3. Acquy Kín khí
Có lẽ thuật ngữ “acquy kín khí” là chính xác nhất để đặt tên cho loại acquy này
(vì kín khí tức là khí không thể thoát ra ngoài; một khi khí không thoát được thì
dung dịch trong acquy cũng không thể “lọt” ra ngoài được ở tất cả các tư thế khác
nhau). Hai cực dương âm của loại acquy này thường được thiết kế rất mảnh mai.
Điều này là dễ hiểu, vì ắc quy này không dùng cho mục đích khởi động mà là dùng
cho những môi trường cần dòng phóng ổn định và duy trì dòng phóng
6
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phitrong một khoảng thời gian dài. Acquy kín khí được thiết kế rất đa dạng cho nhiều
mục đích khác nhau.
1.1.1.4. Acquy AGM Gel
Cũng không phải là “khô”. Thực ra AGM Gel cũng là dòng kín khí. Tuy nhiên,
cấu tạo của nó khác với acquy kín khí thông thường ở chỗ, phần trên của dung dịch
acid Sunfuric trong acquy được phủ thêm một lớp Gel, có tác dụng làm giảm tiến
độ ăn mòn trong quá trình vận hành của acquy và cũng giúp ngăn chặn rất hiệu quả
quá trình bay hơi của dung dịch (acquy cạn dịch thì không thể hoạt động được; quá
trình bay hơi của dung dịch càng chậm thì tuổi thọ của acquy càng lâu). Do vậy,
tuổi thọ của acquy cũng sẽ tăng lên tương ứng.
1.1.1.5. Acquy khô (Gel 100%)
Về bản chất thì đây không phải là ắc quy khô thực sự mà vẫn tồn tại axit H2SO4
bên trong nhưng thay vì dưới dạng dung dịch thì nó có dạng gel. Tuy nhiên, nhiều
người vẫn có thói quen gọi là ắc quy kín khí là ắc quy khô để phân biệt với ắc quy
nước (dùng dung dịch loãng) nên ta tạm gọi là acquy khô. Ắc quy khô thường dùng
cho các USP và vì khó xuất dòng điện lớn tức thời khi khởi động nên không được
dùng cho các mẫu xe tải. Trong khi đó, ắc quy dùng cho xe ô tô điện lại là loại
khác.
1.1.2. CẤU TẠO CỦA ACQUY AXIT
1.1.2.1. Cấu tạo tổng quát của acquy axit
Hình1.1:Cấu tạo tổng quát của acquy axit
7- Bình ắc quy axit gồm vỏ bình, bên trong có các ngăn riêng. Số ngăn tùy thuộc
vào điện áp định mức bình:
+ ắc quy 6V thường 3 ngăn (2,1V/1Cell).
+ ắc quy 12V thường 6 ngăn (2,1V/1Cell).
- Vỏ bình:
+ Chế tạo từ các loại nhựa ebonit, axphantopec.
+ Để tăng độ bền vững và khả năng chịu axit, người ta ép vào bên trong
bình một lớp lót chịu axit dày 0,6 mm bằng poluclovinlim > tăng tuổi thọ vỏ bình.
+ Phía trong vỏ chia thành những vách ngăn riêng biệt, ở đáy mỗi ngăn có 4
sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống > tránh được hiện tượng chạm chập
do sunfat lead tạp ra khi xả.
+ Các ngăn ắc quy được nối tiếp với nhau bằng cầu nối > bình battery.
- 2 Điện cực +, - từ Cell đầu và Cell cuối battery.
- Dung dịch điện phân: H2SO4 + nước.
1.1.2.2. Cấu tạo chi tiết acquy axit
Hình 1.2: Cấu tạo chi tiết acquy axit
8
Bản cực dương
Lưới cực dương
Tấm ngăn
Khối bản cực
Tấm Cực âm
Tấm Cưc dương
Bản cực âm
Lưới cực âm
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi- Tấm lưới điện cực: Tạo độ bền cần thiết cho điện cực, mặt khác nó tập trung
dòng điện > giảm điện trở cho điện cực.
- Mỗi ngăn (Cell) gồm vài điện bản cực âm và dương, từ chì nguyên chất và
oxit chì có độ xốp và độ bền cao > điện dung ắc quy lớn + tuổi thọ đảm bảo.
- Khối bản cực và xen kẽ cách điện với nhau qua qua tấm ngăn có độ xốp cao.
Các bản cực cùng loại (+, -) được hàn vào vấu cực theo số lượng quy định và tạo
thành khối bản cực.
1.1.2.3. Cấu tạo một cell của acquy axit
Gồm điện cực (anode + cathode) và chất điện phân.
Hình 1.3: Cấu tạo 1 cell của acquy axit
- Cực âm: anode (bản cực làm từ chì – lead - Pb)
- Cực dương: cathode (Bản cực làm từ oxit chì - lead dioxide- PbO2).
- Thông thường các tấm cực dương, âm của battery không bằng nhau.
- Tấm ngăn cách điện giữa 2 điện cực phải có độ thẩm thấu lớn. Một mặt phẳng
9hướng về phí cực âm, mặt còn lại có hình sóng hay gồ hướng về cực dương.
- Nước cất + H2SO4 được pha chế theo nồng độ quy định phụ thuộc vào điều kiện
khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn. Nồng độ của ắc quy có thể từ 1,21g/cm3 đến
1,31g/ cm3. Đặc biệt không để:
+ Nồng độ cao + khí hậu nóng.
+ Nồng độ thấp + ôn đới.
1.1.2.4. Nguyên lý hoạt động của acquy axit
* Phóng điện
Hình1.4:Nguyên lý phóng điện của acquy axit
Nối hai bản cực của ắc quy đã được nạp điện với một phụ tải, ví dụ như một bong
đèn thì năng lượng tích trữ trong ắc quy sẽ phóng qua tải, làm cho bóng đèn sáng.
Dòng điện của ắc quy sẽ đi theo chiều: Cực dương của ắc quy (đầu cực đã nối với
cực dương nguồn nạp) → Tải (bóng đèn) → Cực âm của ắc quy → Dung dịch điện
phân → Cực dương của ắc quy.
10
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiQuá trình phóng điện của ắc quy, phản ứng hoá học xảy ra trong ắc quy như sau:
Tại cực dương:
PbO2 + 2H+ + H2SO4 +2e → PbSO4 + 2H2O
Tại cực âm:
Pb + SO2-4 → PbSO4 + 2e
Như vậy khi ắc quy phóng điện, chì sunfat lại được hình thành ở hai bản cực, làm
cho các bản cực dần trở lại giống nhau, còn dung dịch axit bị phân thành cation
2H+ và anion SO2-4 , đồng thời quá trình cũng tạo ra nước trong dung dịch, do đó
nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của ắc quy cũng giảm dần.
* Nạp điện
Hình1.5: Nguyên lý nạp điện của acquy axit
11Khi ắc quy đã được lắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào các ngăn bình
thì trên các bản cực sẽ sinh ra lớp mỏng chì sunfat (PbSO4). Vì chì tác dụng với axit
theo phản ứng:
PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O
Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ăc quy thì dòng điện một chiều
được khép kín qua mạch ắc quy và dòng điện đi theo chiều: Cực dương của nguồn
một chiều → Dung dịch điện phân → Đầu cực 2 của ắc quy → Cực âm của nguồn
một chiều.
Dòng điện một chiều sẽ làm cho dung dịch điện phân phân ly :
H2SO4 → 2H+ + SO2-4
Cation H+ theo dòng điện đi về phía bản cực nối với âm nguồn điện và tạo thành
phản ứng tại đó :
2H+ + PbSO4 → H2SO4 + Pb
Các anion SO2-4 chạy về phía chùm bản cực nối với dương nguồn điện và cũng tạo
thành phản ứng tại đó :
PbSO4 + H2O + SO2-4 → PbO2 + 2H2SO4
Từ các phản ứng hóa học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra lượng axit
sunfuric bổ sung vào dung dịch điện phân, đồng thời trong quá trình nạp điện dòng
điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân khí hydro (H2) và oxy (O2), lượng
khí này sủi lên như bọt nước và bay đi, do đó nồng độ của dung dịch điện phân
trong quá trình nạp điện được tăng lên.
Ắc quy được coi là đã nạp đầy khi quan sát thấy dung dịch sủi bọt đều (gọi đó là
hiện tượng sôi). Lúc đó ta có thể ngắt nguồn nạp và xem như quá trình nạp điện cho
ăc quy đã hoàn thành.
1.2. ACQUY KIỀM
1.2.1. Cấu tạo của acquy kiềm
Cấu tạo của acquy kiềm cùng gần như giống acquy axit chỉ khác là:
12
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiBản cực dương (+) được làm bằng Niken hydro xít Ni(OH)2 và cực âm được làm
bằng Catmi hydro xít Cd(OH)2. Điền đầy giữa các bản cực là dung dịch kali kiềm
(KOH).
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của acquy kiềm
* Phóng điện
Tương tự như Axit chì, quá trình phóng Ắc quy kiềm diễn ra khi có một thiết bị tiêu
thụ điện nối vào cực dương và cực âm của Ắc quy. Phản ứng hóa học xảy ra theo
hướng ở cực dương Niken hydro xit hóa trị 3 (Trivalent nickel hydroxide) sẽ bị
giảm xuống Niken hydro xit hóa trị đến mức 2 (divalent nickel hydroxide), và ở
cực âm thì Catmi (Cadmium) hình thành nên Catmi hydro xit (Cadmium
hydroxide)
* Nạp điện
Xảy ra theo hướng ngược lại quá trình phóng cho đến khi điện áp bình tăng đến
mức mà hydro bốc ra ở cực âm và oxy bốc ra ở cực dương, điều này là nguyên
nhân gây ra tổn hao nước.
2NiOOH + 2H2O + Cd = 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
- Dung dịch điện phân (electrolyte) chỉ được dùng để truyền dẫn các Ion và
không bị thay đổi hay lão hóa tính chất hóa học trong suốt quá trình nạp/xả.
- Không giống như Ắc quy Axit-chì, có rất ít sự thay đổi về tỷ trọng của dung
dịch điện phân trong suốt quá trình nạp/xả. Điều này cho phép ta có thể lưu trữ một
lượng dung dịch lớn trong bình Ắc quy mà không có vấn đề bất tiện gì về các phản
ứng điện hóa học. Hơn nữa, vì tính chất điện hóa này mà Ắc quy kiềm có tính ổn
định hơn Ắc quy Axit chì, chu kỳ sống dài hơn. Thông thường mỗi ngăn cực (cell)
của Ắc quy kiềm có điện áp định mức (nominal voltage) là 1.2V.
1.3. Dung lượng của acquy
*Dung lượng Ắc quy theo mức độ điện áp
Cũng để đánh giá dung lượng của ắc quy (Cả Axit và kiềm), người ta có các thí
nghiệm đo đạc và cho thấy dung lượng ắc quy phụ thuộc vào mức độ điện áp (lúc
CHƯƠNG 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ LỜI KẾT
4.1. Ưu điểm:
Dễ sử dụng, giá thành phải chăng mà vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu của người
sử dụng
Có thể điều chỉnh được điện áp
4.2. Nhược điểm:
Do chế tạo thủ công nên mạch vẫn còn cồng kềnh và to hơn các mạch bán
ngoài thị trường, độ chính xác của mạch vẫn chưa được tuyệt đối.
4.3. Hướng phát triển
Hiện nay các thiết bị như ăc quy, pin được sử dụng khá rộng rãi trong sinh hoạt
cũng như trong sản xuất, do nó tích trữ năng lượng điện một chiều rất dễ sử dụng.
Hầu hết các thiết bị này có thể được hồi lại năng lượng khi ta cấp thêm năng
lượng đã bị hao hụt của chúng bằng cách “sạc “. Vì vậy chúng em muốn phát triển
đề tài “mạch cấp nguồn một chiều 12V dùng để sạc ắc quy” lên mức cao hơn đó là
tạo ra bộ sạc có công suất lớn có độ nhạy và chính sác cao hơn có thể điều chỉnh
được để sạc các lọai pin và ắc quy có công suất lớn đồng thời vẫn có thể sạc đươc
cho các loại pin và ắc quy có công suất nhỏ.
4.4. Lời kết
Sau một thời gian nghiên cứu và chế tạo mạch cấp nguồn một chiều cho pin
chúng em đã thu được nhiều kiến thức môn học và các linh kiện điện tử. Đặc biệt
qua đồ án môn học đầu tiên với sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn là thầy
Trần Xuân Tiến cùng với thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử đã giúp chúng em
hoàn thành xong đồ án đúng tiến độ.
50
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................5
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ACQUY.....................................................................6
1.1. ACQUY AXIT...................................................................................................6
1.1.1 CÁC LOẠI ACQUY AXIT..........................................................................6
1.1.2. CẤU TẠO CỦA ACQUY AXIT................................................................7
1.2. ACQUY KIỀM................................................................................................12
1.2.1. Cấu tạo của acquy kiềm.............................................................................12
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của acquy kiềm........................................................13
1.3. Dung lượng của acquy......................................................................................13
1.4. Sự khác nhau giữa ac quy axít và ácquy kiềm..................................................15
1.5. Điện trở nội của Ắc quy...................................................................................16
1.6. Kỹ thuật Nạp Ắc quy........................................................................................17
1.6.2. Các phương pháp nạp Ắc quy...................................................................18
1.7. Đặc tính phóng nạp của acquy..........................................................................22
1.7.1. Đặc tính phóng của ac quy........................................................................22
1.7.2. Đặc tính nạp của acquy..............................................................................23
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN........26
2.1.Chỉnh lưu một nửa chu kì có điều khiển............................................................26
2.2.Chỉnh lưu cả chu kì có điều khiển.....................................................................26
2.3. Chỉnh lưu cầu điều khiển hoàn toàn.................................................................27
2.4.Chỉnh lưu cầu bán điều khiển............................................................................28
2.5. Bảo vệ quá điện áp cho van..............................................................................30
2.6. Giới thiệu về vi mạch TCA 785.......................................................................32
2.6.1. Giới thiệu chung........................................................................................32
2.3.3. Tính toán các phần tử bên ngoài................................................................37
2.3.4. Nguyên lí làm việc của TCA 785..............................................................38
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MẠCH..............................................................40
3.1. Sơ đồ khối........................................................................................................40
3.1.1. Khối nguồn................................................................................................40
3.1.2.Khối điều chỉnh điện áp..............................................................................41
3.1.3.Khối mạch lực............................................................................................42
33.1.4.Khối đóng cắt.............................................................................................42
3.2. Sơ đồ nguyên lý................................................................................................44
3.3.Sơ đồ mạch board..............................................................................................44
3.4. Nguyên lý hoạt động toàn mạch.......................................................................45
3.5. Khảo sát mạch nguồn.......................................................................................46
CHƯƠNG 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ LỜI KẾT.................................................50
4.1. Ưu điểm:..........................................................................................................50
4.2. Nhược điểm:.....................................................................................................50
4.3. Hướng phát triển..............................................................................................50
4.4. Lời kết..............................................................................................................50
4
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiLỜI NÓI ĐẦU
Trước mô
̣
t nền khoa học và kỹ thuât ng ̣ ày càng phát triển như hiên nay v ̣ ới nhiều
linh kiê
̣
n và sự sáng tạo mới đã giúp ích rất nhiều cho con người như: Máy tính, xe
đạp điên, ô tô-xe m ̣ áy,…Nhưng chúng ta ít biết rằng không phải là khi chúng ta
cắm điê
̣
n 220v vào máy tính thì máy có thể chạy ngay hay điên c ̣ ó trong xe là dòng
điê
n được c ̣ ấp trực tiếp từ lưới điên 220V. M ̣ à thực chất thì dòng điên 220V đ ̣ ó đã
được biến đổi thành môt d ̣ ạng khác và dạng khác được nói ở đây chính là dòng điện
mô
̣
t chiều và nó đã được tích trữ trong các loại acquy, pin, tụ điên… ̣
Tuy bộ phận cấp nguồn một chiều chỉ là môt ph ̣ ần rất nhỏ của toàn bô kh ̣ ối làm
viê
c chung của mạch. Nhưng n ̣ ó lại giữ môt vai trò r ̣ ất quan trọng và nếu thiếu nó
thì cả khối đó sẽ khó có thể làm viêc có hiê
u qu ̣ ả được. Cho nên nhóm chúng em đã
quyết định chọn nghiên cứu, lắp ráp mạch cấp nguồn môt chi ̣ ều và một trong những
ứng dụng thực tế là dùng để sạc acquy.
Qua một thời gian nghiên cứu với sự hướng dẫn tân t ̣ ình của thầy Trần Xuân
Tiến, chúng em đã hoàn thành mạch cấp nguồn một chiều sạc cho loại acquy 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 mắc phải nhiều thiếu sót, chúng em rất mong được các
thầy cô hướng dẫn chỉ bảo thêm để chúng em có thể hoàn thiên tốt đ ̣ ồ án này và
những đồ án về sau.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
5CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ACQUY
Acquy là một dạng nguồn điện hóa học dùng để lưu trữ điện năng dưới dạng hóa
năng. Có 2 dạng acquy chính đó là acquy axit và acquy kiềm.
1.1. ACQUY AXIT
1.1.1 CÁC LOẠI ACQUY AXIT
1.1.1.1.Acquy “châm nước”
Có nghĩa là phải “châm nước” (bảo dưỡng) thường xuyên mỗi khi ắc quy cạn
dung dịch. Nếu không châm dung dịch acid kịp thời, ắc quy sẽ mất khả năng tích
điện, phóng điện và thậm chí là bị phù (trương), hỏng. Khi sạc, dung dịch bên trong
ắc quy thường bốc mùi rất khó chịu và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe. Khi đặt
sai vị trí (nghiêng, sấp, …), dung dịch trong ắc quy sẽ thoát ra ngoài. Vì những
điểm yếu đó mà dòng ắc quy này thường chỉ được dùng trong những môi trường
ngoài trời như dùng để khởi động động cơ, máy phát, xe tải, ô tô…
1.1.1.2.Ắcquy miễn bảo dưỡng
Miễn bảo dưỡng là không cần can thiệp bằng cách châm nước như acquy
châm nước ). Khi sạc khí vẫn thoát ra ngoài nhưng ít hơn dòng sản phẩm châm
nước; khi để không đúng vị trí (nghiêng, sấp, …) thì dung dịch bên trong ắc quy sẽ
thoát ra ngoài. Nó được thiết kế hầu hết cho mục đích “khởi động” hay còn gọi là
“kích điện” – điều này thể hiện ở hai cực của ắc quy (thông thường hai cực của
được thiết kế theo dạng tròn và rất lớn – vì khi kích điện, ví dụ cho xe tải, xe ô tô,
máy phát, … acquy cần phóng một lượng điện cực lớn trong một khoảng thời gian
rất ngắn để khởi động động cơ).
1.1.1.3. Acquy Kín khí
Có lẽ thuật ngữ “acquy kín khí” là chính xác nhất để đặt tên cho loại acquy này
(vì kín khí tức là khí không thể thoát ra ngoài; một khi khí không thoát được thì
dung dịch trong acquy cũng không thể “lọt” ra ngoài được ở tất cả các tư thế khác
nhau). Hai cực dương âm của loại acquy này thường được thiết kế rất mảnh mai.
Điều này là dễ hiểu, vì ắc quy này không dùng cho mục đích khởi động mà là dùng
cho những môi trường cần dòng phóng ổn định và duy trì dòng phóng
6
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phitrong một khoảng thời gian dài. Acquy kín khí được thiết kế rất đa dạng cho nhiều
mục đích khác nhau.
1.1.1.4. Acquy AGM Gel
Cũng không phải là “khô”. Thực ra AGM Gel cũng là dòng kín khí. Tuy nhiên,
cấu tạo của nó khác với acquy kín khí thông thường ở chỗ, phần trên của dung dịch
acid Sunfuric trong acquy được phủ thêm một lớp Gel, có tác dụng làm giảm tiến
độ ăn mòn trong quá trình vận hành của acquy và cũng giúp ngăn chặn rất hiệu quả
quá trình bay hơi của dung dịch (acquy cạn dịch thì không thể hoạt động được; quá
trình bay hơi của dung dịch càng chậm thì tuổi thọ của acquy càng lâu). Do vậy,
tuổi thọ của acquy cũng sẽ tăng lên tương ứng.
1.1.1.5. Acquy khô (Gel 100%)
Về bản chất thì đây không phải là ắc quy khô thực sự mà vẫn tồn tại axit H2SO4
bên trong nhưng thay vì dưới dạng dung dịch thì nó có dạng gel. Tuy nhiên, nhiều
người vẫn có thói quen gọi là ắc quy kín khí là ắc quy khô để phân biệt với ắc quy
nước (dùng dung dịch loãng) nên ta tạm gọi là acquy khô. Ắc quy khô thường dùng
cho các USP và vì khó xuất dòng điện lớn tức thời khi khởi động nên không được
dùng cho các mẫu xe tải. Trong khi đó, ắc quy dùng cho xe ô tô điện lại là loại
khác.
1.1.2. CẤU TẠO CỦA ACQUY AXIT
1.1.2.1. Cấu tạo tổng quát của acquy axit
Hình1.1:Cấu tạo tổng quát của acquy axit
7- Bình ắc quy axit gồm vỏ bình, bên trong có các ngăn riêng. Số ngăn tùy thuộc
vào điện áp định mức bình:
+ ắc quy 6V thường 3 ngăn (2,1V/1Cell).
+ ắc quy 12V thường 6 ngăn (2,1V/1Cell).
- Vỏ bình:
+ Chế tạo từ các loại nhựa ebonit, axphantopec.
+ Để tăng độ bền vững và khả năng chịu axit, người ta ép vào bên trong
bình một lớp lót chịu axit dày 0,6 mm bằng poluclovinlim > tăng tuổi thọ vỏ bình.
+ Phía trong vỏ chia thành những vách ngăn riêng biệt, ở đáy mỗi ngăn có 4
sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống > tránh được hiện tượng chạm chập
do sunfat lead tạp ra khi xả.
+ Các ngăn ắc quy được nối tiếp với nhau bằng cầu nối > bình battery.
- 2 Điện cực +, - từ Cell đầu và Cell cuối battery.
- Dung dịch điện phân: H2SO4 + nước.
1.1.2.2. Cấu tạo chi tiết acquy axit
Hình 1.2: Cấu tạo chi tiết acquy axit
8
Bản cực dương
Lưới cực dương
Tấm ngăn
Khối bản cực
Tấm Cực âm
Tấm Cưc dương
Bản cực âm
Lưới cực âm
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi- Tấm lưới điện cực: Tạo độ bền cần thiết cho điện cực, mặt khác nó tập trung
dòng điện > giảm điện trở cho điện cực.
- Mỗi ngăn (Cell) gồm vài điện bản cực âm và dương, từ chì nguyên chất và
oxit chì có độ xốp và độ bền cao > điện dung ắc quy lớn + tuổi thọ đảm bảo.
- Khối bản cực và xen kẽ cách điện với nhau qua qua tấm ngăn có độ xốp cao.
Các bản cực cùng loại (+, -) được hàn vào vấu cực theo số lượng quy định và tạo
thành khối bản cực.
1.1.2.3. Cấu tạo một cell của acquy axit
Gồm điện cực (anode + cathode) và chất điện phân.
Hình 1.3: Cấu tạo 1 cell của acquy axit
- Cực âm: anode (bản cực làm từ chì – lead - Pb)
- Cực dương: cathode (Bản cực làm từ oxit chì - lead dioxide- PbO2).
- Thông thường các tấm cực dương, âm của battery không bằng nhau.
- Tấm ngăn cách điện giữa 2 điện cực phải có độ thẩm thấu lớn. Một mặt phẳng
9hướng về phí cực âm, mặt còn lại có hình sóng hay gồ hướng về cực dương.
- Nước cất + H2SO4 được pha chế theo nồng độ quy định phụ thuộc vào điều kiện
khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn. Nồng độ của ắc quy có thể từ 1,21g/cm3 đến
1,31g/ cm3. Đặc biệt không để:
+ Nồng độ cao + khí hậu nóng.
+ Nồng độ thấp + ôn đới.
1.1.2.4. Nguyên lý hoạt động của acquy axit
* Phóng điện
Hình1.4:Nguyên lý phóng điện của acquy axit
Nối hai bản cực của ắc quy đã được nạp điện với một phụ tải, ví dụ như một bong
đèn thì năng lượng tích trữ trong ắc quy sẽ phóng qua tải, làm cho bóng đèn sáng.
Dòng điện của ắc quy sẽ đi theo chiều: Cực dương của ắc quy (đầu cực đã nối với
cực dương nguồn nạp) → Tải (bóng đèn) → Cực âm của ắc quy → Dung dịch điện
phân → Cực dương của ắc quy.
10
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiQuá trình phóng điện của ắc quy, phản ứng hoá học xảy ra trong ắc quy như sau:
Tại cực dương:
PbO2 + 2H+ + H2SO4 +2e → PbSO4 + 2H2O
Tại cực âm:
Pb + SO2-4 → PbSO4 + 2e
Như vậy khi ắc quy phóng điện, chì sunfat lại được hình thành ở hai bản cực, làm
cho các bản cực dần trở lại giống nhau, còn dung dịch axit bị phân thành cation
2H+ và anion SO2-4 , đồng thời quá trình cũng tạo ra nước trong dung dịch, do đó
nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của ắc quy cũng giảm dần.
* Nạp điện
Hình1.5: Nguyên lý nạp điện của acquy axit
11Khi ắc quy đã được lắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào các ngăn bình
thì trên các bản cực sẽ sinh ra lớp mỏng chì sunfat (PbSO4). Vì chì tác dụng với axit
theo phản ứng:
PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O
Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ăc quy thì dòng điện một chiều
được khép kín qua mạch ắc quy và dòng điện đi theo chiều: Cực dương của nguồn
một chiều → Dung dịch điện phân → Đầu cực 2 của ắc quy → Cực âm của nguồn
một chiều.
Dòng điện một chiều sẽ làm cho dung dịch điện phân phân ly :
H2SO4 → 2H+ + SO2-4
Cation H+ theo dòng điện đi về phía bản cực nối với âm nguồn điện và tạo thành
phản ứng tại đó :
2H+ + PbSO4 → H2SO4 + Pb
Các anion SO2-4 chạy về phía chùm bản cực nối với dương nguồn điện và cũng tạo
thành phản ứng tại đó :
PbSO4 + H2O + SO2-4 → PbO2 + 2H2SO4
Từ các phản ứng hóa học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra lượng axit
sunfuric bổ sung vào dung dịch điện phân, đồng thời trong quá trình nạp điện dòng
điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân khí hydro (H2) và oxy (O2), lượng
khí này sủi lên như bọt nước và bay đi, do đó nồng độ của dung dịch điện phân
trong quá trình nạp điện được tăng lên.
Ắc quy được coi là đã nạp đầy khi quan sát thấy dung dịch sủi bọt đều (gọi đó là
hiện tượng sôi). Lúc đó ta có thể ngắt nguồn nạp và xem như quá trình nạp điện cho
ăc quy đã hoàn thành.
1.2. ACQUY KIỀM
1.2.1. Cấu tạo của acquy kiềm
Cấu tạo của acquy kiềm cùng gần như giống acquy axit chỉ khác là:
12
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiBản cực dương (+) được làm bằng Niken hydro xít Ni(OH)2 và cực âm được làm
bằng Catmi hydro xít Cd(OH)2. Điền đầy giữa các bản cực là dung dịch kali kiềm
(KOH).
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của acquy kiềm
* Phóng điện
Tương tự như Axit chì, quá trình phóng Ắc quy kiềm diễn ra khi có một thiết bị tiêu
thụ điện nối vào cực dương và cực âm của Ắc quy. Phản ứng hóa học xảy ra theo
hướng ở cực dương Niken hydro xit hóa trị 3 (Trivalent nickel hydroxide) sẽ bị
giảm xuống Niken hydro xit hóa trị đến mức 2 (divalent nickel hydroxide), và ở
cực âm thì Catmi (Cadmium) hình thành nên Catmi hydro xit (Cadmium
hydroxide)
* Nạp điện
Xảy ra theo hướng ngược lại quá trình phóng cho đến khi điện áp bình tăng đến
mức mà hydro bốc ra ở cực âm và oxy bốc ra ở cực dương, điều này là nguyên
nhân gây ra tổn hao nước.
2NiOOH + 2H2O + Cd = 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
- Dung dịch điện phân (electrolyte) chỉ được dùng để truyền dẫn các Ion và
không bị thay đổi hay lão hóa tính chất hóa học trong suốt quá trình nạp/xả.
- Không giống như Ắc quy Axit-chì, có rất ít sự thay đổi về tỷ trọng của dung
dịch điện phân trong suốt quá trình nạp/xả. Điều này cho phép ta có thể lưu trữ một
lượng dung dịch lớn trong bình Ắc quy mà không có vấn đề bất tiện gì về các phản
ứng điện hóa học. Hơn nữa, vì tính chất điện hóa này mà Ắc quy kiềm có tính ổn
định hơn Ắc quy Axit chì, chu kỳ sống dài hơn. Thông thường mỗi ngăn cực (cell)
của Ắc quy kiềm có điện áp định mức (nominal voltage) là 1.2V.
1.3. Dung lượng của acquy
*Dung lượng Ắc quy theo mức độ điện áp
Cũng để đánh giá dung lượng của ắc quy (Cả Axit và kiềm), người ta có các thí
nghiệm đo đạc và cho thấy dung lượng ắc quy phụ thuộc vào mức độ điện áp (lúc
CHƯƠNG 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ LỜI KẾT
4.1. Ưu điểm:
Dễ sử dụng, giá thành phải chăng mà vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu của người
sử dụng
Có thể điều chỉnh được điện áp
4.2. Nhược điểm:
Do chế tạo thủ công nên mạch vẫn còn cồng kềnh và to hơn các mạch bán
ngoài thị trường, độ chính xác của mạch vẫn chưa được tuyệt đối.
4.3. Hướng phát triển
Hiện nay các thiết bị như ăc quy, pin được sử dụng khá rộng rãi trong sinh hoạt
cũng như trong sản xuất, do nó tích trữ năng lượng điện một chiều rất dễ sử dụng.
Hầu hết các thiết bị này có thể được hồi lại năng lượng khi ta cấp thêm năng
lượng đã bị hao hụt của chúng bằng cách “sạc “. Vì vậy chúng em muốn phát triển
đề tài “mạch cấp nguồn một chiều 12V dùng để sạc ắc quy” lên mức cao hơn đó là
tạo ra bộ sạc có công suất lớn có độ nhạy và chính sác cao hơn có thể điều chỉnh
được để sạc các lọai pin và ắc quy có công suất lớn đồng thời vẫn có thể sạc đươc
cho các loại pin và ắc quy có công suất nhỏ.
4.4. Lời kết
Sau một thời gian nghiên cứu và chế tạo mạch cấp nguồn một chiều cho pin
chúng em đã thu được nhiều kiến thức môn học và các linh kiện điện tử. Đặc biệt
qua đồ án môn học đầu tiên với sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn là thầy
Trần Xuân Tiến cùng với thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử đã giúp chúng em
hoàn thành xong đồ án đúng tiến độ.
50
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links