Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống cung cấp năng lượng điện thực tế, nguồn điện lưới xoay chiều thường xuyên gặp phải các sự cố bất khả kháng như hiện tượng phóng điện khí quyển, sấm sét gây xung tăng áp đột ngột, sương giá làm đứt đường dây truyền tải, hoặc các biến cố ngẫu nhiên như cây đổ làm ngắn mạch và sự cố đào đất gây đứt cáp ngầm. Bên cạnh đó, các phụ tải công nghiệp như động cơ khởi động công suất lớn, máy hàn, lò luyện kim, thang máy và hệ thống đèn huỳnh quang cũng gây ra hiện tượng sụt áp, méo dạng sóng sin, xuất hiện sóng hài và nhiễu sóng vô tuyến (RF). Những sự cố này dẫn đến tình trạng lệch áp, dao động tần số hoặc ngừng cấp điện đột ngột, gây thiệt hại nghiêm trọng cho các thiết bị và hệ thống xử lý dữ liệu nhạy cảm như máy tính, hệ thống viễn thông, thiết bị y tế và hệ thống chiếu sáng đường băng sân bay.

Để giải quyết vấn đề đảm bảo tính liên tục và chất lượng nguồn điện cho các phụ tải nhạy cảm, giải pháp sử dụng hệ thống nguồn cung cấp điện liên tục (Uninterruptible Power Supply - UPS) được áp dụng nhằm cách ly tải khỏi các biến động của lưới điện. Khối chỉnh lưu (CL) và nạp ắc quy đóng vai trò là tầng chuyển đổi đầu vào then chốt trong cấu trúc nguồn UPS, thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của lưới thành điện áp một chiều ổn định để nuôi bộ nghịch lưu (NL) và duy trì quá trình nạp năng lượng dự trữ cho bộ ắc quy (AQ).

Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế phần điện áp một chiều cho nguồn UPS với các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể:

  1. Nguồn điện áp đầu vào: Xoay chiều 1 pha $220\text{ VAC} +10% / -10%$ (dải dao động làm việc thực tế từ $165\text{ V}$ đến $242\text{ V}$).
  2. Tần số lưới điện vào: $60\text{ Hz}$.
  3. Công suất định mức của bộ nguồn UPS: $4\text{ KVA}$.
  4. Điện áp đầu ra yêu cầu của hệ thống: $110\text{ V}$.
  5. Xây dựng mạch lực chỉnh lưu, tính chọn van bán dẫn công suất và thiết bị bảo vệ.
  6. Thiết kế mạch điều khiển phát xung mở van bán dẫn theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính kết hợp mạch phản hồi tự động kiểm soát quá trình nạp ắc quy theo phương pháp dòng - áp.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng có điều khiển và hệ thống mạch điều khiển tương tự phục vụ nạp tổ hợp ắc quy $60\text{ V DC}$ trong cấu trúc UPS Offline công suất $4\text{ KVA}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống lý thuyết và phương pháp tính toán được tác giả áp dụng trong đồ án dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật Điện tử công suất và Điện hóa học:

  1. Lý thuyết tích trữ năng lượng và đặc tính phóng nạp của ắc quy:

    • Đồ án phân tích cơ chế biến đổi năng lượng thuận nghịch giữa hóa năng và điện năng trong hai loại ắc quy phổ biến: ắc quy axit chì ($\text{PbO}_2 / \text{H}_2\text{SO}_4 / \text{Pb}$) với sức điện động đơn ngăn khoảng $2{,}1\text{ V}$, và ắc quy kiềm ($\text{Ni(OH)}_3 / \text{KOH} / \text{Fe}$) với sức điện động đơn ngăn $1{,}4\text{ V}$.
    • Công thức thực nghiệm xác định sức điện động tĩnh: $E_0 = 0{,}85 + \gamma$ (với $\gamma$ là nồng độ dung dịch điện phân ở $15^\circ\text{C}$).
    • Phương trình điện áp khi nạp: $E_n = U_n - I_n \cdot r_b$ và khi phóng: $E_p = U_p + I_p \cdot r_b$.
    • Quy trình nạp ắc quy tự động kết hợp dòng - áp: Giai đoạn 1 nạp ổn dòng với $I_n = 0{,}1 C_{10}$ trong khoảng thời gian $t_n = 8\text{ h}$ để nạp được 75% đến 80% dung lượng; Giai đoạn 2 chuyển sang nạp ổn áp khi ắc quy xuất hiện hiện tượng sôi bọt khí ở điện áp $2{,}4\text{ V/ngăn}$, duy trì nạp bổ sung trong 2 đến 3 giờ cho đến khi ắc quy no hoàn toàn và dòng nạp tự động giảm về 0.

  2. Lý thuyết chỉnh lưu công suất và điều khiển góc mở:

    • Khảo sát các sơ đồ chỉnh lưu một pha: chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu cả chu kỳ có biến áp trung tính, chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng và chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng (bán điều khiển).
    • Biểu thức tính điện áp trung bình một chiều tải cho sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng: $$U_d = \frac{\sqrt{2} U_2}{\pi} (1 + \cos\alpha)$$
    • Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: Đồng bộ hóa điện áp lưới, tạo điện áp tựa răng cưa $U_{\text{rc}}$ tuyến tính trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt lên Anode Thyristor, so sánh $U_{\text{rc}}$ với điện áp điều khiển $U_{\text{đk}}$ một chiều để xác định thời điểm phát xung kích mở cực điều khiển (Gate).

  3. Phương pháp nghiên cứu và tính toán:

    • Phương pháp giải tích mạch điện tử công suất: Xác định giá trị điện áp ngược cực đại, dòng điện trung bình, dòng điện hiệu dụng chạy qua các phần tử bán dẫn.
    • Phương pháp lựa chọn thiết bị theo hệ số dự trữ kỹ thuật: Dự trữ điện áp ($K_{\text{dtU}} = 1{,}7$), dự trữ dòng điện ($k_i = 2{,}5$) kết hợp tính toán điều kiện tản nhiệt cưỡng bức bằng quạt gió.
    • Thiết kế tích hợp phần cứng tương tự: Sử dụng các vi mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp), IC định thời và cổng logic số chuyên dụng.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Kiến trúc phần cứng của hệ thống cấp nguồn một chiều cho UPS được thiết kế phân tầng từ mạch động lực đến mạch điều khiển phát xung và mạch phản hồi tự động:

  1. Cấu trúc mạch lực:

    • Sơ đồ mạch lực sử dụng cấu hình cầu một pha không đối xứng lấy điện trực tiếp từ lưới $220\text{ VAC}, 60\text{ Hz}$. Mạch gồm 2 Thyristor đấu chung Cathode ($T_1, T_2$) và 2 Diode đấu chung Anode ($D_1, D_2$).
    • Mạch bảo vệ quá điện áp nội tại do dòng phục hồi ngược khi khóa van: Sử dụng mạch $RC$ mắc song song trực tiếp với từng van bán dẫn với thông số $R = 100,\Omega$ và $C = 0{,}5,\mu\text{F}$.

  2. Cấu trúc mạch điều khiển tương tự:

    • Khâu đồng pha: Sử dụng biến áp đồng pha hạ áp đưa tín hiệu về dải điện áp $\pm 15\text{V}$, kết hợp 2 Diode chỉnh lưu tạo tín hiệu đồng bộ pha với điện áp lưới đặt lên Anode của Thyristor.
    • Khâu dịch điện áp và tạo điện áp răng cưa: Thiết lập nguồn dòng nạp cho tụ điện $C_1 = 0{,}22,\mu\text{F}$ với dòng $I_C = 1{,}32\text{ mA}$ qua điện trở $R_5 = 9\text{ k}\Omega$, thời gian phóng điện về $0\text{V}$ trong $9\text{ ms}$ thông qua cụm điện trở $R_4 = 51\text{ k}\Omega$ và biến trở $\text{VR}_2 = 51\text{ k}\Omega$.
    • Khâu so sánh: Sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán TL084, so sánh điện áp tựa răng cưa $U_{\text{rc}}$ tại đầu vào không đảo với điện áp điều khiển $U_{\text{đk}}$ tại đầu vào đảo, tạo ra chuỗi xung vuông chuyển trạng thái.
    • Khâu tạo xung chùm và điều chế logic: Vi mạch định thời NE555 tạo dao động xung chùm tần số cao $f = 10\text{ kHz}$ ($R = 100,\Omega, C_2 = 0{,}7,\mu\text{F}$) để phối hợp với tín hiệu so sánh qua cổng logic AND thuộc IC họ CMOS 4081.
    • Tầng khuếch đại công suất và biến áp xung (BAX): Xung điều khiển được khuếch đại qua Transistor công suất $T_3$ ($U_{CE} = 35\text{V}, I_{CE} = 3\text{A}$) điều khiển cuộn sơ cấp BAX. Biến áp xung sử dụng lõi Ferit tiết diện $S = 1\text{ cm}^2$, tỉ số biến đổi $N = 2$, cuộn sơ cấp $w_1 = 44$ vòng, cuộn thứ cấp $w_2 = 22$ vòng. Đầu ra thứ cấp BAX nối vào cực điều khiển $G - K$ của Thyristor qua hệ thống Diode triệt tiêu xung ngược ($D_6, D_7, D_8, D_9, D_{10}$).

  3. Mạch phản hồi ổn định chế độ nạp:

    • Phản hồi âm dòng điện: Tín hiệu dòng nạp được lấy qua điện trở Sun $R_s$ (sụt áp định mức $3\text{V}$), đưa qua khâu khuếch đại vi sai Op-Amp TL084 có hệ số khuếch đại $K = 2$ ($R_{22} = R_{23} = 1\text{ k}\Omega, R_{24} = 5\text{ k}\Omega$). Khi dòng nạp có xu hướng tăng, điện áp phản hồi làm tăng $U_{\text{đk}}$, dẫn đến tăng góc mở $\alpha$, làm giảm điện áp chỉnh lưu $U_d$ để đưa dòng nạp về giá trị định mức.
    • Phản hồi âm điện áp: Tín hiệu điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu được trích mẫu qua cầu phân áp chiết áp ($R_{14} = 117\text{ k}\Omega, R_{15} = 3\text{ k}\Omega$), so sánh với mức điện áp chuẩn $2{,}4\text{V}$ để tự động khống chế mức điện áp khi chuyển sang giai đoạn nạp ổn áp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Công nghệ và yêu cầu kĩ thuật

Chương này trình bày tổng quan về các sự cố nguồn điện lưới, vai trò của hệ thống UPS đối với các phụ tải công nghiệp, y tế, hàng không và trung tâm máy tính. Tác giả phân loại chi tiết các dạng UPS (UPS tĩnh dùng biến đổi bán dẫn với khả năng chịu dòng quá tải $I_{\text{cp}} = 2{,}33 I_{\text{đm}}$ so với UPS quay; UPS Offline dùng cho tải nhỏ $P < 2\text{ KVA}$ so với UPS Online dùng cho tải công suất trung bình $P \ge 40\text{ KVA}$).

Tác giả phân tích cấu tạo, phản ứng hóa học và các thông số kỹ thuật của ắc quy axit và kiềm, đồng thời so sánh ba phương pháp nạp: nạp dòng không đổi, nạp áp không đổi và nạp dòng áp. Trên cơ sở yêu cầu công suất UPS $4\text{ KVA}$, tác giả tính toán cấu hình khối ắc quy và nguồn một chiều:

  • Hiệu suất giả thiết của máy biến áp nghịch lưu $\eta_{\text{mba}} = 0{,}95 \implies S_{\text{nghịch lưu}} = 4 / 0{,}95 = 4{,}21\text{ KVA}$.
  • Hiệu suất bộ nghịch lưu $\eta_{\text{nl}} = 0{,}8 \implies P_{\text{vào NL}} = 0{,}8 \times 4{,}21 = 3{,}368\text{ KVA}$.
  • Chọn nguồn điện áp trung gian $E_d = 60\text{ V DC}$ tương ứng với 5 bình ắc quy $12\text{V}$ mắc nối tiếp (mỗi bình 6 ngăn, nội trở $r = 0{,}0015,\Omega/\text{ngăn}$, tổng nội trở $R = 0{,}045,\Omega$).
  • Dòng nạp định mức cho tổ hợp ắc quy: $I_d = 3368 / 60 = 56{,}13\text{ A}$.
  • Điện áp đầu ra yêu cầu của bộ chỉnh lưu tính cả bù sụt áp nội trở: $U_{\text{cl}} = 60 + 56{,}13 \times 0{,}045 = 62{,}53\text{ V DC}$.

Chương 2: Lựa chọn và tính toán mạch chỉnh lưu

Tác giả phân tích ưu, nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu một pha cơ bản: sơ đồ nửa chu kỳ ($U_{d0} = 0{,}45 U_2, S_{\text{ba}} = 3{,}09$), sơ đồ cả chu kỳ có biến áp trung tính ($U_{d0} = 0{,}9 U_2$, điện áp ngược lớn $U_{\text{ngv}} = 2\sqrt{2} U_2$) và sơ đồ cầu đối xứng. Đồ án lựa chọn sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng nhằm tiết kiệm số lượng van điều khiển và đơn giản hóa mạch kích xung.

Các kết quả tính toán mạch lực và góc mở van gồm:

  • Góc mở định mức ở chế độ dòng không đổi với $U_2 = 220\text{V}$: $\alpha = 75^\circ$.
  • Dải biến thiên của góc mở khi điện áp lưới dao động từ $165\text{V}$ đến $242\text{V}$: $\alpha \in [48^\circ; 81{,}5^\circ]$.
  • Dòng điện trung bình qua Thyristor: $I_T = 56{,}13 \times \frac{180 - 75}{360} = 16{,}37\text{ A}$; Dòng hiệu dụng qua Thyristor: $I_{\text{hd}} = 42{,}87\text{ A}$.
  • Dòng điện trung bình qua Diode: $I_D = 56{,}13 \times \frac{180 + 75}{360} = 39{,}7\text{ A}$.
  • Điện áp ngược cực đại tính toán: $U_{\text{ng max}} = \sqrt{2} \times 220 = 310{,}2\text{ V}$; Điện áp van chọn có hệ số dự trữ $K_{\text{dtU}} = 1{,}7$: $U_{\text{ng}} = 527{,}34\text{ V}$.
  • Dòng điện định mức van chọn với hệ số $k_i = 2{,}5$: $I_{\text{đm}} = 70{,}15\text{ A}$.
  • Lựa chọn 2 Thyristor loại S8012MH ($U_n = 600\text{V}, I_{\text{đm}} = 80\text{A}, I_{\text{pik}} = 415\text{A}, \Delta U = 1{,}9\text{V}, dU/dt = 500\text{V}/\mu\text{s}$) và 2 Diode loại KY719 ($U_n = 360\text{V}, I_{\text{đm}} = 60\text{A}, I_{\text{pik}} = 400\text{A}, \Delta U = 1{,}1\text{V}$).

Chương 3: Thiết kế và tính toán mạch điều khiển

Chương này trình bày nguyên lý điều khiển thẳng đứng tuyến tính và thiết kế chi tiết từng khâu trong mạch điều khiển phát xung:

  • Khâu đồng pha tạo điện áp chuẩn trùng pha với Anode Thyristor sử dụng 2 Diode loại 1001 ($220\text{V}, 1\text{A}$).
  • Khâu tích phân tạo điện áp răng cưa tuyến tính với chu kỳ $10\text{ ms}$, biên độ đỉnh $6\text{V}$, sử dụng tụ điện $C_1 = 0{,}22,\mu\text{F}$ và điện trở phóng $R_4 = 51\text{ k}\Omega, \text{VR}_2 = 51\text{ k}\Omega$.
  • Khâu so sánh sử dụng IC khuếch đại thuật toán TL084 nguồn nuôi $\pm 12\text{V}$, điện trở đầu vào $R_7 = R_{27} = 15\text{ k}\Omega$.
  • Khâu điều chế xung chùm tần số $10\text{ kHz}$ ($T_0 = 0{,}1\text{ ms}$) dùng vi mạch 555 ($R = 100,\Omega, C_2 = 0{,}7,\mu\text{F}$) kết hợp cổng logic CMOS 4081.
  • Khâu khuếch đại xung và biến áp xung cách ly: Tính toán dây quấn cho biến áp xung lõi Ferit ($B_s = 0{,}45\text{ T}, \mu = 6000\text{ A/m}$) với mật độ dòng điện $J = 2\text{ A/mm}^2$. Số vòng cuộn sơ cấp $w_1 = 44$ vòng ($d_1 = 0{,}126\text{ mm}$), số vòng cuộn thứ cấp $w_2 = 22$ vòng ($d_2 = 0{,}17\text{ mm}$). Transistor công suất $T_3$ lái BAX có $R_{20} = 280,\Omega$, dòng bazơ $I_B = 2{,}5\text{ mA}$.

Chương 4: Mạch phản hồi

Chương cuối tập trung xây dựng hai mạch vòng phản hồi nhằm tự động hóa quá trình nạp ắc quy:

  • Mạch phản hồi âm dòng điện lấy tín hiệu từ điện trở Sun $R_s$, sụt áp $3\text{V}$, qua tầng khuếch đại TL084 có hệ số khuếch đại $K = 2$ ($R_{22} = R_{23} = 1\text{ k}\Omega, R_{24} = 5\text{ k}\Omega$) để điều chỉnh góc mở $\alpha$ giữ dòng nạp ổn định $56{,}13\text{ A}$ trong giai đoạn 1.
  • Mạch phản hồi âm điện áp trích tín hiệu từ cầu phân áp chiết áp ($R_{14} = 117\text{ k}\Omega, R_{15} = 3\text{ k}\Omega, R_{20} = 1\text{ k}\Omega$), so sánh với điện áp chuẩn $2{,}4\text{V}$ để giữ ổn định điện áp khi ắc quy đạt ngưỡng sôi.
  • Tổng hợp sơ đồ nguyên lý toàn mạch điều khiển và giản đồ dạng sóng điện áp qua 7 điểm đo kiểm từ khâu đồng pha, tạo răng cưa, so sánh, tạo xung chùm đến biến áp xung.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thiện bản thiết kế tính toán cho bộ chỉnh lưu nạp ắc quy thuộc nguồn UPS công suất 4 KVA. Các kết quả tính toán và lựa chọn thông số kỹ thuật được tổng hợp trong bảng sau:

Khối chức năng / Phần tử Thông số tính toán / Tiêu chuẩn chọn Mã hiệu linh kiện / Thông số thực tế
Điện áp chỉnh lưu đầu ra $U_{\text{cl}} = 62{,}53\text{ V DC}$ (bù sụt áp nội trở) Tổ hợp 5 ắc quy $12\text{V}$ mắc nối tiếp
Dòng điện nạp định mức $I_d = 56{,}13\text{ A}$ $P_{\text{vào NL}} = 3{,}368\text{ KVA}$
Góc mở van định mức $\alpha = 75^\circ$ (dải $48^\circ \div 81{,}5^\circ$ khi lưới đổi) Điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Van Thyristor mạch lực $U_{\text{ng}} \ge 527{,}34\text{V}, I_{\text{đm}} \ge 70{,}15\text{A}$ 02 Thyristor S8012MH ($600\text{V}, 80\text{A}$)
Van Diode mạch lực $U_{\text{ng}} \ge 310{,}2\text{V}, I_{\text{đm}} \ge 39{,}7\text{A}$ 02 Diode KY719 ($360\text{V}, 60\text{A}$)
Mạch bảo vệ quá áp van Mạch dập $RC$ song song $R = 100,\Omega, C = 0{,}5,\mu\text{F}$
Biến áp xung (BAX) Lõi Ferit $S = 1\text{ cm}^2, N = 2$ $w_1 = 44$ vòng ($d_1 = 0{,}126\text{ mm}$), $w_2 = 22$ vòng ($d_2 = 0{,}17\text{ mm}$)
Vi mạch tạo xung chùm Tần số điều chế $f = 10\text{ kHz}$ IC định thời NE555 ($R = 100,\Omega, C_2 = 0{,}7,\mu\text{F}$)
Vi mạch so sánh & logic Nguồn nuôi $\pm 12\text{V}$ Op-Amp TL084, Cổng AND họ CMOS IC 4081
Khâu phản hồi nạp Phản hồi kép dòng điện & điện áp Tự động hóa quá trình nạp dòng áp ($I$-constant $\rightarrow$ $U$-constant)

Đóng góp chính của đồ án là việc xây dựng hoàn chỉnh quy trình thiết kế phần cứng từ khâu tính toán cân bằng công suất, lựa chọn điện áp DC tối ưu ($60\text{V}$), thiết kế mạch lực bán điều khiển tiết kiệm linh kiện, đến thiết kế chi tiết mạch điều khiển phát xung tương tự kết hợp hai vòng phản hồi dòng - áp giúp bảo vệ và kéo dài tuổi thọ cho tổ hợp ắc quy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án giới hạn phạm vi nghiên cứu ở khối chỉnh lưu một chiều và hệ thống điều khiển nạp ắc quy, chưa thiết kế chi tiết khối nghịch lưu độc lập (DC/AC) và bộ chuyển mạch tĩnh (Static Switch) của hệ thống UPS. Toàn bộ các kết quả dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết và thiết kế sơ đồ nguyên lý, chưa có dữ liệu đo kiểm thực nghiệm trên mô hình mạch phần cứng thực tế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng thiết kế cho khối nghịch lưu sử dụng van bán dẫn công suất cao (IGBT/MOSFET) để tạo điện áp đầu ra xoay chiều $110\text{V}$ dạng sin chuẩn có méo hài thấp; nghiên cứu thay thế mạch điều khiển tương tự bằng các bộ điều khiển số (vi điều khiển, DSP hoặc vi xử lý) để nâng cao độ chính xác điều khiển góc mở và linh hoạt lập trình các thuật toán nạp ắc quy thông minh.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử công suất và Tự động hóa đang thực hiện các đồ án môn học hoặc đề tài tốt nghiệp liên quan đến thiết kế bộ nguồn biến đổi công suất, nguồn lưu điện UPS và trạm nạp ắc quy tự động. Những nội dung có giá trị tham khảo cao nhất gồm:

  • Quy trình tính chọn thông số van bán dẫn Thyristor, Diode kèm mạch bảo vệ $RC$.
  • Phương pháp tính toán thiết kế chi tiết biến áp xung lõi Ferit.
  • Sơ đồ mạch nguyên lý hoàn chỉnh của bộ điều khiển tương tự tuyến tính kết hợp IC TL084, NE555 và IC 4081.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả chọn mức điện áp DC trung gian là 60V thay vì 86,4V?
Nếu chọn mức điện áp $86{,}4\text{V}$ (tương ứng với biên độ sóng hài cơ bản $110\text{V}$ chia cho hệ số), dòng tiêu thụ sẽ nhỏ hơn nhưng kích thước và khối lượng của bộ chỉnh lưu sẽ cồng kềnh hơn. Tác giả chọn mức điện áp trung bình $E_d = 60\text{V DC}$ để sử dụng bộ 5 bình ắc quy $12\text{V}$ tiêu chuẩn mắc nối tiếp, sau đó sử dụng máy biến áp ở đầu ra bộ nghịch lưu để nâng điện áp lên $110\text{V AC}$, giúp kết cấu bộ biến đổi gọn nhẹ hơn.

2. Quy trình nạp ắc quy tự động theo phương pháp dòng áp được thực hiện như thế nào?
Trong 8 giờ đầu (chiếm khoảng 75% đến 80% dung lượng), hệ thống nạp ổn định dòng điện với $I_n = 0{,}1 C_{10}$ ($56{,}13\text{ A}$) thông qua mạch phản hồi dòng. Khi ắc quy bắt đầu sôi bọt khí ở điện áp $2{,}4\text{V/ngăn}$, hệ thống tự động chuyển sang chế độ nạp ổn áp. Quá trình nạp ổn áp được duy trì bổ sung từ 2 đến 3 giờ cho đến khi điện áp ắc quy cân bằng với điện áp nạp, dòng điện nạp tự động giảm dần về 0 và kết thúc quá trình nạp.

3. Van Thyristor S8012MH và Diode KY719 được lựa chọn dựa trên các thông số tính toán nào?
Thyristor S8012MH ($U_n = 600\text{V}, I_{\text{đm}} = 80\text{A}$) được chọn dựa trên tính toán điện áp ngược yêu cầu $U_{\text{ng}} = 527{,}34\text{V}$ (với hệ số dự trữ $K_{\text{dtU}} = 1{,}7$) và dòng điện định mức yêu cầu $I_{\text{đm}} = 70{,}15\text{A}$ (với hệ số $k_i = 2{,}5$). Diode KY719 ($U_n = 360\text{V}, I_{\text{đm}} = 60\text{A}$) được chọn đáp ứng yêu cầu điện áp ngược $310{,}2\text{V}$ và dòng trung bình qua van $39{,}7\text{A}$.

4. Khâu tạo xung chùm trong mạch điều khiển có vai trò gì và sử dụng linh kiện nào?
Khâu tạo xung chùm sử dụng vi mạch định thời NE555 làm việc ở tần số $f = 10\text{ kHz}$ ($R = 100,\Omega, C_2 = 0{,}7,\mu\text{F}$). Việc sử dụng chùm xung tần số cao thay vì một xung đơn giúp giảm kích thước lõi biến áp xung, giảm công suất tiêu hao trên cực điều khiển của Thyristor và đảm bảo mở chắc chắn van bán dẫn khi tải có tính cảm.

5. Mạch phản hồi dòng điện hoạt động như thế nào để giữ dòng nạp không đổi?
Dòng nạp đi qua điện trở Sun $R_s$ tạo ra độ sụt áp tỷ lệ (định mức $3\text{V}$). Tín hiệu sụt áp này được khuếch đại qua vi mạch TL084 ($K = 2$) để tạo tín hiệu phản hồi $U_{\text{ht}}$. Khi dòng nạp có xu hướng tăng, $U_{\text{ht}}$ tăng làm tăng điện áp điều khiển $U_{\text{đk}}$, từ đó làm tăng góc kích mở $\alpha$ của Thyristor, dẫn đến giảm điện áp đầu ra $U_d$ và kéo dòng nạp giảm về giá trị ổn định mong muốn.

Kết luận

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế phần điện áp một chiều và nạp ắc quy tự động cho hệ thống nguồn lưu điện UPS công suất $4\text{ KVA}$ từ lưới xoay chiều $220\text{ VAC}, 60\text{ Hz}$. Tác giả đã tính toán chi tiết mạch lực chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng, lựa chọn phù hợp các van công suất S8012MH, KY719 cùng hệ thống biến áp xung và mạch điều khiển tương tự tuyến tính. Bản thiết kế đảm bảo đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật cấp nguồn liên tục cho phụ tải và tự động hóa quy trình nạp bảo vệ ắc quy theo phương pháp dòng áp.