Luận văn Phân tích và mô phỏng bằng PSIM nửa cầu bộ ngắt mạch song song nối tiếp để nạp ắc quy

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY

1.1.1. Ắc quy là gì

Ắc qui là một nguồn điện được trữ năng lượng điện dưới dạng hoá.

Ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện

trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày: như động cơ điện,

bóng đèn điện, là nguồn nuôi của các linh kiện điện tử. Ắc qui là nguồn cung

cấp điện cho các động cơ khởi động.

Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhưng phổ biến nhất là hai loại ắc qui

chì và ắc qui axit.

1.1.2. Cấu tạo và đặc điểm

Hình 1.2: Sơ đồ bình ac quy

Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dương, phân

khối bản cực âm, các tấm ngăn. Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên

ghép lại với nhau.

Hình 1.3: Cấu tạo bản cực của ắc quy6

Cấu tạo của một bản cực trong ắc qui gồm có phần khung xương và chất

tác dụng trát lên nó. Khung xương của bản cực âm và bản cực dương có cấu

tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì và chúng được đúc từ chì và có pha

thêm 5 8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình mắt lưới. Phụ gia Sb thêm vào chì

sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành phần chất tác dụng

còn có thêm khoảng 3 % chất nở ( các muối hưu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền

của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện được độ thấm sâu của

chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế

tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm . Phần đầu

của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc qui đơn được hàn với

nhau tạo thành khối bản cực dương, các bản cực âm được hàn với nhau thành

khối bản cực âm. Số lượng các bản cực trong mỗi ắc qui thường từ 5 đến 8, bề

dầy tấm bản cực dương của ắc qui thường từ 1,3 đến 1,5 mm , bản cực âm

thường mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm . Số bản cực âm trong ắc qui thường nhiều

hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản

ứng của các bản cực. Tấm ngăn được bố trí giữa các bản cực âm và dương có

tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn được làm

bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8 đến 1,2 mm và có dạng lượn sóng ,

trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phéo dung dịch điện phân thông qua.

pdf 102 trang chauphong 19/08/2022 12180
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Phân tích và mô phỏng bằng PSIM nửa cầu bộ ngắt mạch song song nối tiếp để nạp ắc quy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận văn Phân tích và mô phỏng bằng PSIM nửa cầu bộ ngắt mạch song song nối tiếp để nạp ắc quy

Luận văn Phân tích và mô phỏng bằng PSIM nửa cầu bộ ngắt mạch song song nối tiếp để nạp ắc quy
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG.. 
Luận văn 
Phân tích và mô phỏng bằng 
PSIM nửa cầu bộ ngắt mạch song 
song nối tiếp để nạp ắc quy 
4 
CHƢƠNG 1: 
ẮC QUY VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NẠP ẮC QUY 
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ẮC QUY 
1.1.1. Ắc quy là gì 
Ắc qui là một nguồn điện được trữ năng lượng điện dưới dạng hoá. 
Ắc qui là một nguồn điện một chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện 
trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày: như động cơ điện, 
bóng đèn điện, là nguồn nuôi của các linh kiện điện tử... Ắc qui là nguồn cung 
cấp điện cho các động cơ khởi động. 
Trong thực tế có nhiều loại ắc qui nhưng phổ biến nhất là hai loại ắc qui 
chì và ắc qui axit. 
Hình 1.1: Ắc quy axit Đồng Nai. 
5 
2
3
1. VÊu b¶n cùc
2. ChÊt t¸c dông
3. Cèt b¶n cùc
1.1.2. Cấu tạo và đặc điểm 
Hình 1.2: Sơ đồ bình ac quy 
Cấu trúc của một ắc qui đơn giản gồm có phân khối bản cực dương, phân 
khối bản cực âm, các tấm ngăn. Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên 
ghép lại với nhau. 
Hình 1.3: Cấu tạo bản cực của ắc quy 
6 
 Cấu tạo của một bản cực trong ắc qui gồm có phần khung xương và chất 
tác dụng trát lên nó. Khung xương của bản cực âm và bản cực dương có cấu 
tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì và chúng được đúc từ chì và có pha 
thêm 5 8 % ăngtimoan ( Sb ) và tạo hình mắt lưới. Phụ gia Sb thêm vào chì 
sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc. Trong thành phần chất tác dụng 
còn có thêm khoảng 3 % chất nở ( các muối hưu cơ ) để tăng độ xốp, độ bền 
của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện được độ thấm sâu của 
chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế 
tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm . Phần đầu 
của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc qui đơn được hàn với 
nhau tạo thành khối bản cực dương, các bản cực âm được hàn với nhau thành 
khối bản cực âm. Số lượng các bản cực trong mỗi ắc qui thường từ 5 đến 8, bề 
dầy tấm bản cực dương của ắc qui thường từ 1,3 đến 1,5 mm , bản cực âm 
thường mỏng hơn 0,2 đến 0,3 mm . Số bản cực âm trong ắc qui thường nhiều 
hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản 
ứng của các bản cực. Tấm ngăn được bố trí giữa các bản cực âm và dương có 
tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn được làm 
bằng vật liệu poly-vinyl-clo bề dầy 0,8 đến 1,2 mm và có dạng lượn sóng , 
trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phéo dung dịch điện phân thông qua. 
*Vỏ bình. 
Vỏ bình ắc quy hiện nay được chế tạo bằng các loại nhựa êbônít hoặc 
axphantôpéc hoặc cao su nhựa cứng . So với nhựa axphantơpéc thì êbônit có 
độ bền hơn và khả năng chịu axít tốt hơn nhiều . Để tăng độ bền vững và khả 
năng chịu axit cho bình nhựa axphantơpéc , khi chế taọ người ta ép vào bên 
trong bình một lớp lót chịu axit dày 0,6 mm bằng pôluclovinlim . Nhờ lớp này 
mà tuổi thọ của vỏ bình tăng lên 2-3 lần . 
7 
Đặc điểm của vỏ bình là phía trong chia thành các vách ngăn riêng biệt 
bằng những vách ngăn kín và chắc . ở đáy của mỗi ngăn có 4 sống đỡ khối 
bản cực tạo thành khoảng trống giữa đáy bình và mặt dưói của khối bản cực . 
Nhờ vậy mà tránh được hiện tượng chập mạch giữa các bản cực do chất kết 
tủa rơi xuống đáy bình gây nên . ở một số bình ắc quy cỡ lớn ngưòi ta có thể 
lắp thêm các quai sắt vào vỏ bình để khi di chuyển được dễ dàng hơn . 
*Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực 
Bản cực gồm cốt hình mắt cáo , trên đó trát đầy chất tác dụng . Cốt đúc 
bằng hợp kim chì -Stibi ( Sh ) (87-95% +5-13% Sb). Stibi trong hợp kim có 
tác dụng tăng độ cứng vững và giảm han gỉ cho cốt . Hợp kim naỳ so với chì 
Pb nguyên chất có hệ số nổ dài nhỏ , nhiệt độ nóng chảy thấp hơn và đặc tính 
đúc tốt hơn . 
Cốt để giữa các chất tác dụng và phân phối dòng điện bằng khắp bề mặt 
bản cực . Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các bản cực dương 
vì điện trở của các chất tác dụng ( oxit chì PbO2 ) lớn gấp 10.000 lần điện trở 
của chì nguyên chất . Do đó càng tăng chiều dầy của cột thì điện trở trong ắc 
quy sẽ càng nhỏ . 
Cốt có khung bao quanh , có vấu để hàn nối các bản cực thành phần 
phân khối bản cực và có hai chân để tỳ lên các sống đỡ ở đáy bình ắc quy . 
Chân của các bản cực dương và âm phải được phân bố sao cho phân khối bản 
cực dương tỳ lên một đôi sống đỡ so le còn phân khối phân cực âm tỳ lên đôi 
sống đỡ so le kia . Sự phân bố như vậy tránh được hiện tượng chập mạch qua 
phần sống đỡ . 
 Vì điện cốt của bản cực âm không phải là yếu tố quyết định vả lại chúng 
cũng ít bị han gỉ nên người ta thường làm mỏng hơn bản cực dương . Đặc biệt 
8 
là hai tấm bên của phân khối bản cực âm lại càng mỏng vì chúng chỉ làm việc 
có một phía giáp với bản cực dương . 
Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì , dung dịch axit sunfuric và 
khoảng 3% chất nổ như muối của các axit hữu cơ và những chất hữu cơ tổng 
hợp v.v.. đối với bản cực âm , còn đối với bản cực dương thì chất tác dụng 
được chế tạo từ các ôxit chì Pb3O4 , PbO và dung dịch axit sunfủic . Chất nổ 
trong bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp , giảm khả năng co và hiện tượng 
chống hoà cứa do bản cực . 
Các bản cần có độ xốp và độ bền cao thì điện dung của ắc quy mới lớn 
và tuổi thọ mới đảm bảo . 
Các bản sau khi đã trát đầy chất tác dụng được ép lại sấy khô và thực 
hiện quá trình tạo cực , tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric 
loãng và nạp vào dòng điện nhỏ. Sau qúa trình như vậy chất tác dụng ở các 
bản cực dương hoàn toàn trở thành PbO2 ( màu gạch sẫm ) . Còn ở các bản 
cực âm thanh Pb ( chì xốp màu ghi đá ) . Sau đó các bản cực được đem rửa , 
sấy khô và lắp ráp . Những bản cực cùng loại ( cùng dương hoặc cùng âm ) 
được hàn vào vấu cực theo dấu theo số lượng quy định và tạo thành khối bản 
cực , khoảng cách giữa các khối bản cực trong phân phối phải đủ để chứa một 
bản cực khác loại và các tấm cách điện – tấm ngăn . 
Các khối bản cực và tấm ngăn được lắp lại thành khối bản cực sao cho 
các bản cực âm và dương xen kẽ nhau và cách điện cới nhau bằng các tấm 
ngăn có đội xốp cao . Trong mỗi khối bản cực số bản cực âm , bao giờ cũng 
nhiều hơn số bản cực dương một bản với mục đích để sử dụng các bản cực 
dương triệt để hơn và giảm bớt cong vênh cho các bản cực dương ở hai bên 
khi dòng điện phóng hoặc nạp lớn . 
9 
*Tấm ngăn. 
Tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm 
đồng thời để đỡ chất tác dụng ở các bản cực bớt bị bong rơi ra khi sử dụng ắc 
quy . 
Các tấm ngăn phải là chất cách điện , có độ xốp thích hợp để không ngăn 
cản dung dịch điện phân thấm đến các bản cực . Chúng phải bền vững có độ 
dẻo , chịu axit và không chứa các tạp chất có haị , nhất là sắt . 
Các tấm ngăn hiện nay thường được chế tạo bằng mipo( êbônit xốp mịn), 
miplát( pôliclounnhin xốp mịn ) , platchipo ( pêclovinhin xốp mịn ) , 
pôrôvinhin , pênôphát hoặc bông thuỷ tinh ghép với miplat hoặc gỗ v.v... 
Cấu tạo tấm ngăn có dạng hình chữ nhật . Các tấm ngăn bằng mipo , 
miplát , pênôplát thường dấy 1,5 2,4 mm và có một mặt phẳng hướng về 
phía bản cực âm còn một mặt có hình sóng hoặc có gồ hướng về phía bản cực 
dương , tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các 
bản cực dương và dung dịch lưu thông tốt hơn . 
Để đảm bảo cách điện tốt nhất , các tấm ngăn được làm rộng hơn so với 
các bản cực đặc biệt là chiều cao . Đối với các tấm ngăn kết hợp thì lớp bông 
thuỷ tinh thường dày 0,4 0,8 mm ghép với tấm ngăn miplát tạo thành tấm 
ngăn hai lớp hay thường gọi là tấm ngăn kép . Loại này tăng được tuổi thọ của 
ắc quy nhưng đặc tính sử dụng lại kém đi khoảng 10% Trong một vài trường 
hợp người ta còn sử dụng tấm ngăn kép bằng gỗ và lưới nhựa. 
*Nắp, nút và cầu nối. 
Nắp làm bằng nhựa êbônit (đối với bình làm bằng êbônit ) và bằng 
bakêlit ( đối với bình bằng nhựa axphantôpéc ) . 
10 
Nắp có hai loại : 
 Từng nắp riêng cho mỗi ngăn ( nắp ngăn ) 
 Nắp chung cho cả bình ( nắp bình ) . Loại này kết cấu phức tạp nhưng 
độ kín tốt . 
Kết cấu của loại nắp ngăn thông dụng nhất hiện nay . Các lỗ bên để luồn 
các vấu cực của khối bản cực ra . Lỗ có ren 2 ổ giữa được gọi là lỗ đổ , để 
dung dịch điện phân vào các ngăn và để kiểm tra mức dung dịch điện phân , 
nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong ắc quy . 
Để đảm bảo kín tốt , khi chế tạo người ta ép các lỗ bên của nắp những 
ống chì. Khi hàn nối các ắc quy đơn với nhau đầu vấu cực sẽ chảy ra và gắn 
liền với ống chì này và cầu nối thành một khối bảo đảm hoàn toàn kín ở chỗ 
lắp ráp . 
Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân 
trong bình khỏi bị bẩn và bị sánh ra ngoài, ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ 
trong bình ra ngoài trời lúc nạp ắc quy . Nắp một số loại ắc quy có lỗ thông 
khí riêng , nằm sát lỗ đổ . Kết cấu như vậy rất thuận tiện cho việc điều chỉnh 
mức dung dịch trong bình ắc quy . Trong trường hợp này ổ nút không có lỗ 
khí nữa. 
*Dung dịch điện phân 
Dung dịch điện phân trong bình ắc quy là dung dịch axit sunfuric ( 
H2SO4 ) được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy định 
tuỳ 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 . Cần nhớ rằng : nồng độ quá cao sẽ 
chóng hỏng tấm ngăn , chóng hỏng bản cực , dễ bị sunfat hoá trong các bản 
cực nên tuổi thọ và điện dung của ắc quy cũng giảm dần đi rất nhanh . Nồng 
11 
độ quá thấp thì điện dung định mức và thế hiệu của ắc quy giảm và ở những 
nước xứ lạnh vào mùa đông dung dịch dễ bị đóng băng . 
Nồng độ của dung dịch điện phân luôn thay đổi theo mức phóng và mức 
nạp của ắc quy . Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch . Người 
ta thường lấy nhiệt độ +15oC làm mốc để tiêu chuẩn hoá nồng độ của dung 
dịch điện phân .Để xác định nồng độ người ta dùng tỷ trọng kế . Mỗi một độ 
chênh lệch so với mốc +15oC đều cho sai số 0,0007g/cm3 . Do đó khi thấy 
nhiệt độ của dung dịch cao hơn +15oC thì phải cộng thêm sai số vào kết quả 
đọc được theo tỷ trọng kế còn nếu thấy nhiệt độ dung dịch thấp hơn +15oC 
thì phải trừ đi . 
*Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho ắc quy axit : 
 Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại axit kỹ 
thuật thông thường và nước không phải là nước cất vì dùng như 
vâỵ sẽ làm tăng cường độ quá trình tự phóng điện của ắc quy . 
 Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh , sứ hoặc chất dẻo 
chịu axit . Chúng phải sạch không chứa các muối khoáng , dầu mỡ 
và các tạp chất v.v.. 
 Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế tuyệt đối không được để 
nước vào axit đặc mà phải đổ từ từ axit vào nước và dùng que 
thuỷ tinh khuấy đều. 
1.1.3. Quá trình biến đổi năng lƣợng trong ắc quy 
Ác quy là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch : nó tích trữ năng 
lượng dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. 
Quá trình ắc quy cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, 
quá trình ắc quy dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện. 
12 
- Khi nạp nhờ nguồn điện ... c hai chiều S1,S2 
88 
Đặc trưng Giá trị 
Điện áp nguồn tiêu hao 200V 
Dòng điện trung bình 18A 
Biên độ dòng 18A 
Xung dòng 72A 
Bảng IV: Thông số của diode: 
Đặc trưng Giá trị 
Điện áp ngược cực đại 100V 
Biên độ điện áp ngược 70V 
Dòng điện trung bình 10A 
Biên độ dòng 10A 
Xung dòng 200A 
Độ gợn sóng sau khi lọc tần số cao sẽ nhỏ hơn tại thời điểm lọc tần số 
thấp. Do vậy, điện áp và dòng điện giống như nguồn DC thuần thì hữu ích 
hơn cho việc nạp ắc quy thứ cấp. Bộ nạp cộng hưởng có tải nối tiếp- song 
song cầu là một thiết bị nạp có dòng điện không đổi được xác định bởi loại 
lọc tại đầu nối ra. Tiện ích quan trọng nhất của HBSPRC là có thể đạt được 
hiệu suất nạp tối đa cho bộ biến đổi điện vận hành trên tần số cộng hưởng. 
89 
Tiện ích này làm cho HBSPRC được ưu tiên định dạng cho ứng ứng dụng bộ 
nạp ắc quy thứ cấp. 
3.3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PSIM 
3.3.1. Giới thiệu PSIM 
Để mô phỏng Điện tử công suất ,có khá nhiều phần mềm, có thể kể ra 
như: PSIM, TINA,PSPICE( tích hợp trong ORCARD, CIRCUIT MAKER) 
SIMULINK( trong MATLAB),mỗi phần mềm có những ưu điểm và có 
những hạn chế nhất định. Trong bài này em xin giới thiệu về phần mềm mô 
phỏng PSIM – một phần mềm được nhiều người sử dụng với những ưu thế là 
dễ sử dụng, trực quan, dung lượng bản cài nhẹ và khá mạnh trong lĩnh vực 
Điện tử công suất. 
PSIM là phần mềm mô phỏng của hãng Powersimtech Inc,trang chủ của 
hãng www.powersimtech.com, được nghiên cứu và phát triển bởi tập đoàn 
Models of Natural Comupiting (MNC), Verona, Italy, được thiết kế đặc biệt 
cho các hệ thống điện tử và các mạch điều khiển. 
Một số bản PSIM về trước thường thiếu một số module như Motor Diver 
Module, Simcouple Module, Digital Control Module 
Phần mềm PSIM được thiết kế với giao diện dễ sử dụng và cho phép 
người dung mô phỏng nhanh chóng 
Phần mềm PSIM cơ bản bao gồm ba chương trình: 
+ vẽ mạch (SIMCAD) 
+ mô phỏng chương trình (PSIM) 
+hiển thị chương trình (SIMVIEW) 
90 
*Ứng dụng: 
Phần mềm PSIM được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ 
thuật thuộc ngành điện như: 
 Chuyển đổi AC – DC, Hệ số công suất 
 Kiểm sát chuyển đổi kỹ thuật số trong điện tử 
 Mô hình hóa và mô phỏng 
 Điện áp / nguồn biến tầng, chuyển đổi ma trận 
 Điều khiển động cơ cảm ứng 
 Không gian vũ trụ và quốc phòng 
 Năng lượng tái tạo: quang điện và pin nhiên liệu 
 Năng lượng tái tạo: năng lượng gió 
Ta có giao diện của PSIM khi khởi động chương trình: 
Hình 3.8:Giao diện của PSIM trên windows 
91 
Nhìn qua giao diện ta có thể thấy được những thành phần cơ bản của 
PSIM : 
Phần trên cùng là thanh chuẩn (Standard) gồm File, Edit, View, 
Subcircuit, Element, Simulate, Option,Window, Help. Mọi thao tác trong 
PSIM đều có thể thực hiện từ thanh chuẩn này 
Thanh dưới bao gồm các công cụ hay dùng như New, Save, Open, và 
các lệnh thường dùng như Wire( nối dây), Zoom, Run, Simulation( chạy mô 
phỏng) 
Bằng việc vẽ mạch điện và thay đổi các thông số ta có đặc tính đầu ra 
của các hệ thống cần nghiên cứu. 
3.3.2. Mô phỏng hệ thống bằng PSIM 
Hệ thống nửa cầu bộ ngắt mạch song song nối tiếp (Hình 3.1) bao gồm 
nguồn VS, các tụ C1,C2,CS,CP,CO, hai công tắc hai chiều S1,S2, bốn diode 
D1,D2,D3,D4 và cuộn cảm LS, LO và ac quy thứ cấp VO với điện áp nạp bằng 
40 V 
Khi phân tích ta đã giả thiết rằng cầu chỉnh lưu một pha được nối với 
dòng điện AC hình sin và dòng điện này được cấp bởi nguồn VS . 
Các thông số mô phỏng 
 Tầng số công tắc hai chiều fs = 85 kHz 
 Tầng số cộng hưởng : f0 = 80 kHz 
 Dòng điện nạp: Io = 10 A 
 Định mức điện áp của các tụ điện và cuộn cảm :100 V 
 Định mức dòng điện của các tụ điện và cuộn cảm :10 A 
 Điện áp ngược cực đại của điode : 100 V 
92 
*Mô phỏng bằng PSIM 
Hình 3.9: Sơ đồ bộ biến đổi nối tiếp song song biểu diễn trên PSIM 
Ta có đặc tính của điện áp khi chưa qua bộ lọc LO 
Hình 3.10 : Biểu diễn điện áp ra trước khi qua cuộn cảm LO 
Điện áp trước khi đưa vào ac quy 
Hình 3.11 : Điện áp đưa vào nạp ắc quy 
93 
Hệ thống nửa cầu bộ ngắt mạch song song nối tiếp để nạp ac quy có một 
lượng lớn năng lượng nhiễu giữa 2 tầng số. Do đó sẽ gây hiện tượng xuất hiện 
dao đông giữa dòng và điện áp đầu ra( thể hiện ở hình 3.4). Hiện tượng này sẽ 
gây ra tổn hao năng lượng của nguồn cấp. 
3.4. KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM TRONG THỰC TẾ. 
Một mẫu thử của bộ nạp ắc quy có cấu trúc liên kết HBSPRC nhóm D 
được tạo ra trong phòng thí nghiệm nhằm xác minh các chức năng hoạt động. 
Mạch bộ nạp mà đã được phát triển sẽ ứng dụng cho một ắc quy axít chì 12-V 
48-Ah. Các điều kiện thử nghiệm như sau: tần số chuyển mạch fs= 85kHz, tần 
số cộng hưởng fo=80kHz, dòng điện nạp trung bình Io=6,9A, điện áp ngắt 
mạch nạp VBA=15,5V, và điện áp mạch hở của ắc quy Voc=10,5V. Dưới 
điều kiện vận hành bình thường, các thông số mạch của HBSPRC nhóm D 
dành cho bộ nạp ắc quy được nêu tại bảng II. Quy cách điện của các van điện 
tích cực và các điốt được nêu tại Bảng III và IV, tương ứng. Định mức điện 
áp và dòng điện của các tụ điện và cuộn cảm tương ứng là 100V và 10A. Các 
điện tích cực được điều khiển bởi một tần số chuyển mạch không đổi 85kHz 
để sinh ra điện áp sóng vuông Va. Các dạng sóng được đo đạc bằng cách sử 
dụng một đồng hồ vạn năng kĩ thuật số. Hình 3.12 là sơ đồ các dạng sóng của 
tín hiệu khởi động VGS1 và VGS2. 
Hình 3.12: Tín hiệu kích hoạt các giá trị chuyển mạch của công tắc 
94 
Hình 3.13: Dạng sóng điện áp và dòng của công tắc S1 
Hình 3.14: Dạng sóng điện áp và dòng điện tại thiết bị cuối đầu vào của mạch 
cộng hưởng 
95 
Hình 3.15: Dạng sóng điện áp và dòng tại tụ điện Cs 
Hình 3.16: So sánh giá trị điện áp giữa 2 tụ Cs và Cp 
96 
Hình 3.17:Giá trị điện áp đầu vào và đầu ra của mạch cộng hưởng 
Hình 3.18: Điện áp đầu ra của mạch nạp và dòng điện đầu vào của chỉnh lưu 
cầu 
97 
Hình 3.19: Điện áp và dòng điện của diode 
Hình 3.20: Điện áp và dòng điện của diode 
98 
Hình 3.21: Điện áp và dòng điện nạp của ac quy 
Hình 3.22: Điện áp của cực ac quy trong khoảng nạp 
99 
Hình 3.23: Dòng điện ắc quy trong khoảng nạp 
Hình 3.24: Hiệu suất ắc quy trong khoảng nạp 
Hình 3.13 hiển thị các dạng sóng điện áp và dòng điện của công tắc điện 
hoạt tính S1. Một trong những ưu điểm của bộ biến đổi điện này là điện áp 
thấp đi qua các van điện tích cực, bằng với điện áp đầu vào. Trường hợp này 
làm cho bộ biến đổi điện thích hợp với những ứng dụng điện áp cao, ví dụ, 
một điện áp dòng chỉnh lưu 220 hoặc 277 V được sử dụng để cung cấp 
HBSPRC nhóm D. Hình 3.14 mô phỏng các dạng sóng điện áp và dòng điện 
của đầu nối vào trong mạch cộng hưởng. Hình 3.15 phác hoạ các dạng sóng 
100 
điện áp và dòng điện của tụ điện cộng hưởng VCS. Hình 3.16chỉ các dạng sóng 
điện áp của các tụ điện cộng hưởng CS và Cp. Hình 3.17 chỉ điện áp đầu vào 
điện áp đầu ra của đầu nối mạch cộng hưởng. 
Theo lý thuyết, vcp bằng vb. Tuy nhiên, cảm kháng phân tán trong các 
dây điện dài và điện dung lớp chuyển tiếp trong các điốt cầu sẽ dẫn tới dao 
động trong hình 3.18. Hình 3.19 mô phỏng dạng sóng điện áp đầu ra của đầu 
nối mạch cộng hưởng và dạng sóng dòng điện đầu vào của bộ chỉnh lưu cầu. 
Hình 3.20 hiển thị các dạng sóng điện áp và dòng điện của các điốt chỉnh lưu 
cầu DR1 và DR2. Hình 3.21 chỉ các dạng sóng điện áp và dòng điện của các 
điốt chỉnh lưu cầu DR3 và DR4. 
Hình 3.22 chỉ các dạng sóng điện áp và dòng điện nạp của đầu nối ắc 
quy. Trong hình này, chúng ta có thể thấy đầu ra là một điện áp và dòng điện 
DC đều, đây là mạch lý tưởng dành cho các bộ nạp ắc quy. Hình 3.23 mô 
phỏng đường cong biến thiên điện áp của ắc quy. Điện áp đầu nối của ắc quy 
tắc từ 10,5 V lên 15,5V trong 375 phút. Hình 3.24 và hình 3.25 tương ứng là 
sơ đồ về dòng điện nạp và hiệu suất nạp. Dòng điện nạp mất 375 phút để duy 
trì khoảng 6 A. Hiệu suất tối đa và tối thiểu của mạch nạp ắc qui là khoảng 
85,14% và 93,98%, và hiệu suất nạp trung bình của HBSPRC nhóm D là 
90,02%. 
*NHẬN XÉT 
Đồ án này trình bày một ứng dụng mới của HBSPRC nhóm D dành cho 
các bộ nạp ắc quy. Hoạt động trên tầng số cộng hưởng, mạch bộ nạp đem lại 
những lợi thế chuyển mạch điện áp zero, giảm tổn hao chuyển mạch và tăng 
hiệu suất nạp. Dòng điện nạp có thể được xác định từ trở kháng đặc trưng của 
mạch cộng hưởng bằng tần số chuyển mạch có thể điều chỉnh của bộ biến đổi, 
trong khi đó HBSPRC nhóm D được sử dụng cho bộ nạp thứ cấp để tạo ra các 
điều kiện nạp phù hợp. 
101 
Hiệu suất nạp tối đa của HBSPRC nhóm D dành cho các bộ nạp ắc quy cao 
93,98%. 
Qua quá trình mô phỏng bằng PSIM “bộ biến đổi cộng hưởng song song 
nối tiếp để nạp ac quy” ta thấy bộ HBSPRC đã có những ưu điểm hơn hẳn 
những bộ nạp ac quy thông thường khác. 
Mạch nạp ac quy có hiệu suất cao trên 90%. 
Loại bỏ được dòng điện gợn sóng cao khi nạp ac quy, kéo dài tuổi thọ ac quy. 
Cấu tạo của mạch nạp đơn giản trọng lượng nhẹ, kích cỡ tương đối nhỏ gọn, 
dễ sử dụng, sửa chữa, bảo dưỡng. 
102 
KẾT LUẬN 
Qua thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp: ”Phân tích và mô phỏng bằng 
PSIM nửa cầu bộ ngắt mạch song song nối tiếp để nạp ac quy” đã giúp em 
nắm vững thực tế chuyên môn, nhằm củng cố thêm những kiến thức đã học ở 
nhà trường. 
Đồ án tốt nghiệp đã thực hiện được một số vấn đề sau 
 Tìm hiểu về ac quy và các phương pháp nạp ac quy 
 Tìm hiểu về các bộ biến đổi dòng một chiều 
 Phân tích, thực hiện được mô phỏng, và xây dựng được bộ nguồn nạp 
ac quy với hiệu suất cao. 
Do thời gian có hạn và năng lực còn hạn chế nên đồ án của em còn 
nhiều thiếu sót, mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của em 
được hoàn thiện hơn. 
Em xin chân thành cảm ơn ! 
103 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Bính (2000), Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học và kỹ 
thuật 
2. T. S. Mundra and A. Kumar , ( Aug. 2007), An innovative battery charger 
for safe charging of NiMH/NiCd batteries, IEEE Trans. Consum. Electron., 
vol. 53, no. 3, pp. 1044–1052. 
3. B. P. McGrath, D. G. Holmes, P. J. McGoldrick, and A. D. McIver, (Jul. 
2007) , Design of a soft-switched 6-kW battery charger for traction 
applications, IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no. 4, pp. 1136–1144. 
4. F. Boico, B. Lehman, and K. Shujaee, ( Sep. 2007) , Solar battery chargers 
for NiMH batteries, IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no. 5, pp. 1600–
1609. 
5. X. Liu and S. Y. Hui, ( Jan. 2008), Optimal design of a hybrid winding 
structure for planar contactless battery charging platform, IEEE Trans. 
Power Electron., vol. 23, no. 1, pp. 455–463. 
6. L. Schuch, C. Rech, H. L. Hey, H. A. Gründling, H. Pinheiro, andJ. R. 
Pinheiro, (Sep./Oct. 2006). Analysis and design of a new high-efficiency 
bidirectional integrated ZVT PWM converter for DC-bus and battery-bank 
interface, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 42, no. 5, pp. 1321–1332. 
7. C. G. Kim, D. H. Seo, J. S. You, J. H. Park, and B. H. Cho, (Dec. 2001), 
Design of a contactless battery charger for cellular phone, IEEE Trans. Ind. 
Electron, vol. 48, no. 6, pp. 1238–1247. 
104 

File đính kèm:

  • pdfluan_van_phan_tich_va_mo_phong_bang_psim_nua_cau_bo_ngat_mac.pdf