Giáo trình Nguồn điện thông tin (Dùng cho các trường công nhân Bưu điện - Hệ 18 tháng): Phần 1 - Lê Quang Vị

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

159
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Nguồn điện thông tin (Dùng cho các trường công nhân Bưu điện - Hệ 18 tháng): Phần 1 cung cấp cho người học các kiến thức lý thuyết về nguồn điện thông tin; nguồn điện một chiều; biến áp, chỉnh lưu và lọc nguồn; các mạch ổn định nguồn điện; một số bộ nguồn cụ thể; máy điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Nguồn điện thông tin (Dùng cho các trường công nhân Bưu điện - Hệ 18 tháng): Phần 1 - Lê Quang Vị

TÔNG C Ô N G TY Bưu CHÍNH VIEN t h ô n g v iệ t n a m G ỉá o t r in h (DÙNG CHO CÁC TRƯÒNG CÔNG NHÂN Bưu ĐIỆN - HỆ 18 THÁNG) NHÁ XUÃT BÁN BƯU ĐIỆN
Giáo trình NGUỒN ĐIỆN THÔNG TIN (DÙNG CHO CÁC TRUÔNG CỔNG NHÂN Bưu ĐIỆN ■ HỆ 18 THÁNG)
TỔNG CÔNG TY Bưu CHÍNH VlỄN t h ô n g v iệ t n a m Giáo trình NGUỒN DIỆN THÔNG TIN (DÙNG CHO CÁC TRƯÒNG CÔNG NHÂN Bưu ĐIỆN - HỆ 18 THÁNG) BIÊN SOẠN: Lê Quang Vị Trường Công nhân Bưu điện I NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN Hà Nội, tháng 7 nâm 2003
I Mã số: GC 21 HM 03
LỜI NÓI ĐẦU Bưu chính Viễn thông được coi là hạ tầng thiết yếu cho sự phát triển của nền kinh tế. Với những nỗ lực của toàn thể cán bộ công nhân viên ngành Bưu điện, hơn 10 năm qua Bưu chính Viễn thông Việt Nam đã có những bước phát triển rất to lớn theo kịp với sự phát triển của khu vực và quốc tế. Một trong những yếu tô có tính quyết định đến sự thành công nêu trên là yếu tố con người, trong đó những người công nhân, giao dịch viên Bưu điện (những người trực tiếp lắp đặt, bảo dưỡng, vận hành mạng lưới, phát triển dịch vụ; trực tiếp tiếp xúc, giao dịch với khách liàng) đã, đang và sẽ đóng góp pliần quan trọng vào sự thành công chung của toàn Ngành. Đ ể có đội ngũ công nhân Biãi điện yêu nghề, có hiểu biết và có tay nghề vững đáp íũig được những yêu cầu trong thời kỳ hội nhập và cạnh tranh, thì việc đào tạo tại các trường công nhân Biũi điện cần được đổi mới và nâng cao chất lượng theo kịp với yêu cầu của hoạt động sởn xuất kinh doanh của Tổng Công tỵ, trong đó đặc biệt coi trọng việc đổi mới và thống nhất giáo trình trong các trường công nhân Bưu điện. Thực hiện mục tiêu trên, Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam phối hợp cùng Nhà xuất bản Bưu điện xuất bản bộ giáo trình công nhân, thống nhất sử dụng làm tài liệu giảng dạy và học tập tại các trường công nhân Biãi điện kể từ năm học 2002. Bộ giáo trình này được biên soạn công phu từ những kiến thức và kinh nghiệm thực tê' giảng dạy nhiều năm của các thầy cô giáo đang giảng dạy tại các trường công nhân Bưu điện, đã được thông qua trong hai lần hội thảo cấp Tổng Công ty với sự tham gia của cả bốn trường công nhân Bưu điện Giáo trình "Nguồn điện thông tin" gồm hai phần: Phần lý thuyết cung cấp những kiến thức cơ bản vê nguồn điện của các thiết bị điện, điện tử và viễn thông như: Nguồn điện một chiêu; biến áp, chỉnh lim và lọc nguồn; các mạch Ổn định nguồn điện; máy điện; động cơ đốt trong. Phần thực hành cung cấp những kiến thức, kỹ năng và phương pháp bảo dưỡng, bảo quản, sửa chữa các thiết bị nguồn thông
thường như ắc qui, pin mặt trời, thiết bị cấp nguồn, động cơ điện không dồng bộ, máy điện đồng bộ, máy biến áp, máy phát điện. Đôi với mỗi loại thiết bị đêu có các hình vẽ minh họa về cấu tạo, cách bảo quản sử dụng rất chỉ tiết, dễ hiểu. Trong quá trình biên soạn khó tránh khỏi những thiếu sót, Tổng Công ty rất mong nhận được những ý kiến xây dựng của các thầy giáo, cô giáo, các em học sinh và các bạn đọc đ ể giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn. Các ý kiến xây dựng xin gửi về Ban TỔ chức Cán bộ - Lao động, Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam, 18 Nguyễn Du - Hà Nội. Trân trọng cám ơn. TỔNG CÔNG TY BUƯ CHÍNH VlỄN t h ô n g v ệ t n a m
Phần 1 LÝ THUYẾT NGUỒN ĐIỆN THÔNG TIN
f\ Chương i ề- Những vấn đề chung về nguôn điện thông tin Chương 1 I. VỊ TRÍ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG CẤP NGUỔN Nguồn điện (hay năng lượng điện) đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi ngành kinh kế cũng như trong đời sống con người, đặc biệt là trong lĩnh vực thông tin liên lạc, nguồn điện giữ vai trò càng quan trọng hơn, vì nếu mất nguồn điện thì sẽ mất thông tin, sẽ ảnh hưởng đến mọi ngành kinh tế và an ninh quốc gia, vì vậy duy trì cấp nguồn điện liên tục cho các hệ thống thông tin là yêu cầu vô cùng quan trọng. Hầu hết các thiết bị thông tin đều sử dụng năng lượng của dòng điện 1 chiều, nguồn điện này phải bảo đảm yêu cầu về độ ổn định, nếu phạm vi ổn định càng rộng, độ ổn định càng cao thì chất lượng thông tin càng tốt, thiết bị làm việc càng tin cậy và thời gian làm việc càng kéo dài. Do đó, khi tổ chức mạng cấp nguồn cho các hệ thống thông tin phải bảo đảm các yêu cầu sau: - Cần phải cung cấp công suất liên tục, ổn định với độ tin cậy cao trong một thời gian dài và không phụ thuộc vào lưu lượng thông tin. - Các thiết bị cấp nguồn phải có khả năng hoạt động độc lập cao trong suốt thời gian làm việc của nó trong điều kiện khó khăn về môi trường, thời tiết. - Các thiết bị cấp nguồn phải có độ tin cậy cao, năng lượng dự trữ đủ lớn và được sự giám sát hoạt động từ xa. - Độ tin cậy và tuổi thọ của các thiết bị cấp nguồn nên tương hợp với các thiết bị thông tin. Điều này có nghĩa là nên thiết kế các hệ thống cung cấp nguồn sao cho sự cố do hệ thống nguồn cũng tương hợp với sự cố do các thiết bị khác của trạm thông tin. - Các thiêt bị cấp nguồn phải được lắp đặt hệ thống bảo vệ sự cố có độ tin cậy cao, đồng thời hệ thống cấp nguồn phải dễ lấp đặt, bảo dưỡne, thay thế khi sửa chữa và giá thành hạ. Có thể cấp nguồn bằng dòng điện một chiều liên tục. Nhưng trong một trạm thông tin thường có máy vi tính, máy điều hoà nhiệt độ và các yêu cầu khác cho nên
10 Giáo trình Nguồn điện thông tin hầu hết dùng dòng điện xoay chiều, khi có thiết bị cần dòng điện một chiều thì người ta dùng các bộ nắn điện để cung cấp, sau đây ta sẽ nghiên cứu phương thức cấp nguồn. II. CÁC PHƯƠNG THỨC CẤP NGUỔN CHO TRẠM VIEN t h ô n g Phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông phải bảo đảm được yêu cầu về tính liên tục và về độ ổn định cao, do đó người ta thường dùng hệ thống cấp nguồn tổ hợp, hộ thống cấp nguồn tổ hợp được phân làm hai loại, đó là hệ thống cấp nguồn có điện lưới quốc gia và hệ thống cấp nguồn không có điện lưới quốc gia. l ề Hệ thông cấp nguồn có mạng điện quốc gia Đối với các hệ thống thông tin đặt ở nơi gần với đường dây điện lực thì phương án tối ưu là sử dụng lưới điện quốc gia làm nguồn cung cấp chính cho hệ thống thông tin, đổng thời kết hợp với nguồn dự phòng là dùng tổ máy nổ phát điện và tổ ắc qui, sơ đồ hệ thống cung cấp điện như hình 1 . 1 . AC1 DC , Máy biến áp Cầu __ Thiết bị — OD- - 1 dao viễn thông AC2 ^ 2 ngả Thiết bị phụ ~ ự Máy phát điện Ăc qui ; í Đường vòng AC Hình 1.1 Hệ thống cấp nguồn tổ hợp Hộ thống này nhận năng lượng điện từ 2 nguồn. Nguồn điện chính là nguồn do lưới điện quốc gia cung cấp, nguồn dự phòng là nguồn do tổ máy nổ phát điện cung cấp và tổ ắc qui. Để điều khiển 2 nguồn này, người ta dùng cầu dao hai ngả hoặc thiết bị tự động hoán chuyển đóng cắt, khi đóng cầu dao về vị trí I thì hệ thống nhận năng lượng điện do lưới điện quốc gia, còn khi đóng cầu dao về vị trí II thì hộ thống sẽ nhận năng lượng điện do máy phát điện cung cấp, khi cả 2 nguồn mất thì ắc qui sẽ cung cấp điện. Nguyên tắc chung về định cỡ: - Nguồn năng lượng do lưới điện quốc gia cung cấp phải qua một máy biến áp máy biến áp thường có điện áp ra là 380/220V, máy biến áp này phải có đủ dung lượng để cung cấp cho các thiết bị thông tin hoạt động và các yêu cầu sử dụng khác.
Chương 1: N hưng vấn đề chung về nguồn điện thông tin 11 - Máy phát điện cũng phải có điện áp cùng cấp với điện áp của máy biên áp, nghĩa là cũng có điện áp phát ra là 380/220V, ngoài ra máy phát điện cũng phải có đủ công suất cung cấp cho các thiết bị thông tin và một phần cho các nhu cầu sử dụng khác, nhưng cần phải tính toán cấn thận, tránh công suất quá lớn gây lãng phí vốn đầu tư. - Tổ ắc qui: tổ ắc qui sử dụng để bảo hiếm trong hoàn cảnh lưới điện quốc gia bị mất điện và hệ thống máy nổ phát điện gặp sự cố không phát điện được, vì vậy tổ ắc qui phái có đủ dung lượng để cung cấp cho tải trong một thời gian nhất định cần thiết cho việc sửa chữa ít nhất cũng phải là 10 giờ. 2. Hệ thống cấp nguồn không có điện lưới quốc gia Đối với các trạm viễn thông đặt ở những nơi không có đường dây điện lực đi qua (như rừng núi, hải đảo) thì người ta thường tổ chức hệ thống cấp nguồn như hình l ế2 . Pin măt trời DC1 DC2 Hình 1.2 Hệ thống cấp nguồn tổ hợp không có điện lưới quốc gia Hệ thống này gồm có máy phát điện bằng sức gió, pin mặt trời và tổ máy nổ phát điện, mục đích của hệ thống này là lợi dụng các ưu điểm -của từng nguồn riêng rẽ để thu được một hệ thông có hiệu suất kinh tế nhất và có lợi dụng triệt để các điều kiện địa lý tại nơi đặt trạm, bổ sung và hỗ trợ cho nhau. Sử dụng hệ thống cấp nguồn tổ hợp này với bộ khởi động có độ tin cậy cao thì sẽ giảm được công suất điều chỉnh cần thiết và giảm được dung lượng của bộ ắc qui. Định cỡ hệ thống: - Pin mặt trời gồm các mô đun đấu nối tiếp và song song để đạt công suất yêu cầu và phối hợp với các nguồn năng lượng khác trong hệ thông khi có nấng, pin mặt
12 Giáo trình Nguồn điện thông tin trời bảo đảm việc cung cấp năng lượng, nếu có dư thừa năng lượng thì được tích trữ vào tổ ắc qui. - Máy phát điện bằng sức gió: máy phát điện bằng sức gió không làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng trực tiếp cho các thiết bị thông tin mà chỉ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc qui, do đó dung lượng (công suất) của máy phát điện bằng sức gió có thể giảm nhỏ so với tổng công suất của tải. - Máy nổ phát điện cho các thiết bị thông tin và ắc qui tránh quá áp và thấp áp thì phải có bộ thiết bị xử lý công suất và thiết bị điều khiển để giám sát hệ thống. Sự hoạt động của hệ thống này như sau: Bình thường thì pin mặt trời, máy phát điện bằng sức gió và ắc qui cung cấp năng lượng điện cho các thiết bị viễn thông, còn máy phát điện của tổ động cơ máy phát chỉ làm nhiệm vụ dự phòng, năng lượng dư sẽ được tích trong ắc qui, trong thời gian mà năng lượng nắng, gió không đủ cung cấp cho 2 máy phát điện ngẫu nhiên (pin mặt trời và máy phát điện bằng sức gió) thì ắc qui phóng điện cho tải, nếu hoàn cảnh này kéo dài, ắc qui phóng tới mức tối thiểu cho phép thì tổ máy nổ phát điện được khởi động sẽ phát điện cấp cho tải và nạp lại điện cho ắc qui, tổ máy nổ phát điện sẽ đóng góp khoảng từ 5 đến 30% tổng số năng lượng/năm cần thiết cho trạm. Trên đây là hai phương thức cấp nguồn tổ hợp hiện đang và sẽ được dùng nhiều. Tuy nhiên, tuỳ tình hình cụ thể của các khu vực đặt trạm viễn thông mà người ta có thể kết hợp các nguồn sao cho vừa bảo đảm cung cấp điện liên tục, lại phải bảo đảm tính kinh tế. Câu hỏi ôn tập 1. Hãy cho biết vị trí và tầm quan trọng của hệ thống cấp nguồn cho trạm viễn thông? Nêu các yêu cầu của hệ thống cấp nguồn. 2. Trình bày các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông? Ưu khuyết điểm và phạm vi ứng dụng của từng hệ thống.
Chương 2: Nguồn điên một chiều 13 Chương 2 NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỂU I. PIN 1. Khái niệm Pin là nguồn điện hoá học, làm nhiệm vụ biến đổi hoá năng thành điện năng. Pin có nhiều loại, trong đó pin Vôn-ta là chiếc pin đầu tiên do Vôn-ta nhà bác học người Ý sáng chê ở đầu thế kỷ XIX, sau đó người ta chế tạo ra nhiều loại pin khác nhau như pin khô (pin Lơ clăng-sê) và pin không khí được dùng nhiều trong thực tế. 2. Các loại pin a) Pin Vôn-ta - Cấu tạo: Pin Vôn-ta gồm bình điện phân đựng dung dịch axít Sunfuaric H2S 0 4 có nhúng 2 thanh kim loại khác loại làm điện cực, gồm thanh đổng làm cực dương và thanh kẽm làm cực âm (hình 2 . 1).
14 Giáo trình Nguồn điện thông tin - Nguyên lý hoạt động Kẽm là kim loại đứng trước hiđro trong dãy Bê-kê-tốp nên sẽ tác dụng với axít và tan dần vào dung dịch, khi đó muối kẽm điện ly hình thành các ion dương Zn++ề Phản ứng ở cực kẽm là: Zn = Zn++ + 2e" Zn++ đi vào dung dịch, còn các điện tử e' ở lại cực kẽm, kêt quả là cực kẽm tích điện âm, dung dịch tích điện dương, giữa cực kẽm và dung dịch có một điện trường và một hiệu điện thế. Điện trường này có tác dụng ngăn cản ion dương kẽm tan vào dung dịch, đên mức độ nào đó, có sự cân bằng, hiệu điện thế giữa cực kẽm và dung dịch được duy trì ở trị số không đổi. Ở cực đồng, không có phản ứng giữa đổng và dung dịch nên không hình thành điện trường, đổng nhúng trong dung dịch nên có điện thế của dung dịch, tức là tích điện dương. Kết quả là giữa cực đổng và cực kẽm có một hiệu điện thế được duy trì và đó chính là sức điện động của pin. Sức điện động nàv vào khoảng 1,0V đối với pin Vôn-ta. Như vậy, nguyên nhân duy trì sức điện động của pin chính là công của lực hoá học. Muốn có sức điện động này thì 2 cực phải là 2 kim loại có hoạt tính hoá học khác nhau và kim loại hoạt động hơn sẽ là cực âm, kim loại kia sẽ là cực dương. Khi nối 2 cực của pin với điện kế G thì kim của điện kế G sẽ lệch đi báo hiệu trong mạch có dòng điện. Khi đó, các điện tử ở cực âm (cực kẽm) sẽ di chuyển về phía cực dương (cực đổng), điện trường giữa dung dịch và kẽm giảm đi, ion dương Zn++ lại tiếp tục tan vào dung dịch để duy trì điện thế (sức điện động) của pin. Cu Zn • Sự phân cực của pin: Trong quá trình pin làm việc, ion dương H+ di chuyển về cực đồng, tại đây chúng nhận điện tử từ cực dương do cực âm chuyên tới và trở
Chương 2: Nguồn điên môt chiều 15 thành nguyên tử H, phân tử H2 bám xung quanh cực đồng làm thành một lớp ngăn không cho các ion dương H+ khác đến cực dương để thu điện tử nên sức điện động của pin giảm xuống rất nhanh và dòng điện cũng hết. Đó là sự phân cực của pin. Để tránh phân cực, người ta bao xung quanh cực dương một chất khử cực là những chất ôxy hoá mạnh để đốt cháy H 2 sinh ra. Chất khử cực thường dùng là mangan đi-ôxít (M n02), người ta trộn lẫn bột M n0 2 với bột than (làm chất dẫn điện), cho vào túi rồi cắm thanh đổng làm cực dương vào giữa (hình 2.2). Khi pin làm việc, H 2 sinh ra sẽ tác dụng với M nơ 2 tạo thành nước, do đó tránh được hiện tượng phân cực. Phản ứng hóa học là: Ht + M n0 2 —» H20 + MnO? b) Pin Lơ cìăng-sê (Pin khô) Pin khô là pin Lơ clăng-sê được cấu tạo đặc biệt để tiện dùng trong thực tế (hình 2.3). is (1): Keo muối điện (2): Lớp chất khử cực (3), (5): Lớp các tông cách điện (4): Lớp đệm (6): Ống thông hơi (7): Nắp nhựa (8): Cực than làm cực dương (9); vỏ kẽm làm cực âm (10): Vỏ giấy Hình 2.3 Pin gồm vỏ bằng kẽm làm cực âm, trong là lớp keo, muối điện gồm tinh bột hoà trong dung dịch NH 4C1 cấu thành dạng keo, ở giữa là cọc than dùng làm cực dương, xung quanh bao bởi một lớp khử cực gồm bột M n0 2 trộn với bột than để tăng tính dẫn điện, do làm việc ờ dạng ẩm nên điện trở trong của pin khô lớn hơn pin dung dịch, pin Lơ clăng-sê về nguyên lý làm việc tương tự như pin Vôn-ta. c) Pin không khí Pin không khí có cấu tạo tương tự như pin khô, chỉ khác là chất khử cực bao quanh cực khống dùng M n02mà dùng không khí. Do đó. lớp khử cực bao quanh cực
16 Giáo trình Nguồn điện thông tin dương (cọc than) là lớp than hoạt tính. Than hoạt tính có tính hút khí mạnh nên chứa một lượng không khí rất lớn. Khi pin làm việc, Hidro hình thành ở dạng nguyên tử sẽ bị ôxy của không khí đốt cháy, nên giảm được sự phân cực của pin, do pin không khí cần thời gian hút không khí để kịp khử cực, do vậy không nên dùng pin không khí làm việc với dòng điện lớn, đổng thời khi pin làm việc, cần mở các lỗ thông hơi trên nắp pin. 3. Các đại lượng của pin Để đặc trưng cho khả năng làm việc của pin, người ta qui định 3 đại lượng cơ bản sau: a) Sức điện động của pin là điện áp 2 cực của pin khi hở mạch, ký hiệu là E, pin khô có sức điện động khoảng 1,5V, pin không khí có sức điện động khoảng 1,1 V. b. Dung lượng của pin là lượng điện tích mà pin có khả năng phóng được. Gọi I là cường độ dòng điện phóng, t là thời gian phóng thì dung lượng của pin sẽ là: Q = I.t (A.h) (2-2) Trong đó: I tính bằng Ampe (A) t tính bằng giờ (h) A.h là ampe giờ, ampe giờ là dung lượng của pin phóng với dòng điện 1 ampe trong thời gian 1 giờ. lA.h = 1A X lh = 1A X 3600s = 3600C c) Dòng điện phóng cho phép là dòng điện phóng lớn nhất cho phép bảo đảm cho pin phóng đủ dung lượng qui định. Nếu pin phóng với dòng điện lớn hơn trị số cho phép thì dung lượng của pin giảm nhanh, vì khi phóng với I lớn, lượng hiđrô sinh ra nhiều, chất khử cực không kịp khử hết hiđrô sinh ra, làm tăng điện trở của pin dẫn đến I giảm và dung lượng giảm. 4. Sử dụng và bảo quản pin a) Sử dụng pin - Không được cho pin phóng điện với suất phóng lớn hơn qui định để tránh làm giảm thời gian sử dụng pin. Khi suất phóng điện lớn phải dùng nhiều pin nối song song để tăng dòng diện phóng, pin khô thường dùng suất phóng điện từ 75mA -r 125mA.
Chương 2 ể. Nguồn điện một chiều 17 - Khi nối pin phải tính toán theo điện áp và dòng diện cần thiết, ngoài ra còn phái đảm bảo các yêu cầu sau: + Khi ghép nối tiếp các pin phải bảo đảm các pin có cùng dung lượng và cùng một dòng điện phóng. + Khi ghép song song các pin phải bảo đảm bảo các pin có cùng điện thế và cùng nội trở. + Khi ghép hỗn hợp các pin phải bảo đảm 2 điều kiện trên. b) Bảo quản pin - Pin phải đật ở nơi thoáng gió nhưng phải tránh ẩm và ánh sáng trực tiếp chiếu vào. - Pin phải được giữ luôn sạch sẽ, không được để bụi bẩn hoặc các vật khác rơi vào làm chập mạch. - Nhiệt độ trong phòng phải thích hợp, nóng quá sẽ làm tăng mức độ phóng điện nội bộ, dung dịch dễ bốc hơi, nếu quá lạnh sẽ làm dung dịch đóng băng. - Phải định kỳ kiểm tra các tổ pin, nếu phát hiện các mối nối lỏng lẻo, điện áp một vài pin bị sụt phải sửa và thay kịp thời. - Không nên đê’ pin quá lâu mà không đưa vào sử dụng vì pin mới sản xuất ra nếu để trong nửa năm thì dung lượng giảm 10%, sau 1 năm dung lượng giảm trên 30%. - Khi cất giữ pin không khí phải làm cho pin cách ly với không khí bên ngoài, đảm bảo các bộ phận của pin không bị nhiệt độ bên ngoài làm giảm tuổi thọ. II. ẮC QUI 1. Khái niệm Ac qui là nguồn điện hoá học có tính chất thuận nghịch vừa là nguồn điện, vừa là thiết bị dùng điện. Lúc đầu ắc qui được đóng vào nguồn điện (nạp điện, đê biến đổi điện năng thành hoá năng (quá trình tích điện) sau đó ắc qui dùng làm nguồn điện, cung cấp điện năng cho phụ tải (quá trình phóng điện). Điểm khác nhau giữa pin và ắc qui là: pin biến đổi hoá năng thành điện năng và chỉ phóng điện 1 lần rồi loại bỏ, còn ắc qui có khả năng 2 chiều (biến điện năng thành hóa năng rồi biến hóa năng thành điện năng và thực hiện nhiều chu kỳ nạp điện - phóng điện nên sử dụng được lâu dài. Hiện nay ắc qui được dùng phổ biến có 2 loại là: ắc qui chì hay ắc qui axít và ắc qui kền hay ắc qui kiềm, sau đây ta sẽ nghiên cứu (Ịt^ tụể 2 Ịo anrêĩr 7—Ị
18 Giáo trình Nguồn điện thõng tin 2ề Ac qui axít - chì a) Cấu tạo Gồm có các phần sau (hình 2.4): + Vỏ: Làm nhiệm vụ chứa đựng các thành phần cực bản, dung dịch điện phân, tấm cách, lưới bảo vệ, vỏ ắc qui thường dùng là nhựa cứng Polyvinyl hay Polyetylen. Vỏ ắc qui thường có dạng hình hộp chữ nhật hoặc hình vuông và được chia làm nhiều ngăn (thường là 3 hoặc 5 ngăn) tuỳ theo yêu cầu mức điện áp sử dụng, dưới đáy các ngăn có gờ nhỏ đê đỡ các tấm cực. đồng thời tạo nên các rãnh đế chứa đựng bột chì từ các tấm cực rơi xuống trong quá trình làm việc của ắc qui, tránh gây ngắn mạch cho ắc qui. Phía trên các ngăn của vỏ ắc qui có nắp đậy, mỗi nắp đều có lỗ để rót dung dịch và có nút xoáy. + Cực bản: cực bản của ắc qui axít là những tấm khung xương chì hình mắt lưới có từ 92 đến 96% chì nguyên chất và từ 6 - 8 % ăngtimon đê tăng độ cứng, khung xương chì của cực dương (+) dày hơn khung xương chì của cực âm (-). + Cực bản dương là khung xương chì được đắp bột ôxít chì Pb30 4, sau đó được nạp điện trong dung dịch điện phân loãng cho đến khi chất hữu hiệu biến thành đioxít chì PbCK có mầu nâu xẫm. + Cực bản âm là khung xương chì được đắp bột ôxít chì PbO, sau đó cũng được điện hóa (nạp điện), trong dung dịch điện phân dể trở thành chì xốp Pb có màu xám trắng. (1): Vỏ bình \ ' “V ~ (2): Lô rót dung dich (có nắp) (°) ~ ~ (3): Cọc điện cực (7) (4): Nắp đậy (5): Đai cọc (9) (6): Giá đỡ bản cực (7): Cực bản dương (8): Lá cách điên (10) (9): Cực bản àm (10): Gờ đáy bình Hình 2.4 Cấu tạo ắc qui axít chì
Chương 2: Nguồn điện một chiều 19 Để tăng dung lượng của ắc qui, người ta dùng nhiều bản cực đấu chung với 1 thanh dần điện bằng chì tạo thành 1 cụm bản cực, các tấm bản cực (+) và (-) được cài xen kẽ nhau, giữa chúng được đặt 1 tấm cách điện. + Tấm cách điện (tấm ngăn) có tác dụng cách điện giữa các tấm bản cực khác tên đặt cạnh nhau trong các ngãn. Các tấm ngăn phải chịu được sự ãn mòn của axít như nhựa, thuỷ tinh. + Dung dịch điện phân: có nhiệm vụ cùng với các bản cực tạo nên phản ứng hoá học để thực hiện việc chuyển hoá nãng lượng từ điện nãng thành hóa năng (khi ắc qui được nạp điện) và từ hoá năng thành điện năng (khi ắc qui phóng điện). Dung dịch điện phân là axít sunfuaric (H 2S04) pha với nước cất có tỉ trọng từ 1,24 1,26, mùa đông thì lấy lớn hơn mùa hè. + Lưới bảo vệ: có tác dụng ngăn chặn các hạt bụi bẩn lớn hay các mẩu kim loại rơi vào các ngăn làm chạm, chập ắc qui, lưới bảo vệ được đặt phía trên các tấm cực trong các ngăn, nó là những tấm nhựa cách điện hình mắt lưới, chịu được sự ãn mòn của axítễ b) Nguyên lý phóng nạp điện của ắc qui axít + Quá trình phóng điện: Khi nối 2 cực của ắc qui đã được nạp no với phụ tải, chẳng hạn bóng đèn (hình 2.5) thì ắc qui sẽ cho dòng điện qua tải như pin (còn gọi là ắc qui phóng điện) dòng điện này sẽ đi từ cực âm về cực dương trong nguồn. H+ theo chiều dòng điện về cực dương, ion âm SO4 ■ về cực âm. Ip Hình 2.5 Ac qui phóng điện Như vậy, dòng điện trong ắc qui sẽ chạy từ cực (-) về cực (+), còn điện ở mạch ngoài thì có chiều ngược lại từ (+) về cực (-).
20 Giáo trình Nguồn điện thông tin ở cực dương. H+ tác dụng với chì điôxít (có H 2S 0 4 tham gia) tạo thành chì sunphát và thu điện tửễ 2H+ + H 2S0 4 + P b0 2 + 2e = PbS0 4 + 2H20 (2-3) + Ở cực âm, S 0 4 " tác dụng với chì và giải phóng điện tử: S04-- + Pb = PbS0 4 + 2e (2-4) Phương trinh tổng quát khi ắc qui axít phóng điện là: P b0 2 + 2H2S 04+ Pb = PbS0 4 + 2H20 + PbS0 4 (2-5) (+) (dd) (-) (+) (dd) (-) Từ các phương trình (2-3), (2-4), (2-5) ta thấy rằng: - Khi phóng điện cả 2 cực dương và âm đều hình thành chì sunphát. - Axít bị phân tích tạo thành nước, nồng độ dung dịch giảm, sức điện động của ắc qui giảm. + Quá trình nạp điện: khi ắc qui phóng điện thì sức điện động và dung lượng của ắc qui giảm, để phục hồi sức điện động và dung lượng cho ắc qui ta phải nạp điện cho ắc qui bằng cách: nối các cực của ắc qui với các cực cùng tên của nguồn điện 1 chiều (hình 2 .6 ). Hình 2.6 Ac qui nạp điện Khi đó sẽ có dòng điện chạy trong ắc qui gọi là dòng điện nạp, ký hiệu là In đi từ cực (+) về cực âm (-) trong ắc qui. ion dương H+ theo chiều dòng điện còn ion âm S 04' ' về cực dương. Tại cực âm ion dương H+ tác dụng với chì sunphát. giải phóng chì theo phản ứng: 2H+ + PbS0 4 = H:S 0 4 + Pb (2-6)
Chương 2: Nguồn điện một chiều 21 + Tại cực dương, gốc axít S 0 4 sẽ ôxy hoá chì sunphát: PbS0 4 + 2H20 + SO4- = Pbơ 2 + 2H 2S 0 4 (2-7) Ta có phương trình tổng quát khi ắc qui được nạp điện là: PbS0 4 + 2H20 + PbS0 4 = P b0 2 + 2H 2S 0 4 + Pb (2 -8 ) (+) (dd) (-) (+) (dd) (-) Từ phương trình trên ta thấy rằng: + Trước khi nạp điện cả hai đều là chì sunphát PbS04, khi nạp điện thì cực dương trở thành chì điôxít Pbơ2, cực âm trở về chì nguyên chất Pb, nồng độ dung dịch tăng và trong ắc qui có hình thành sức điện động, cuối quá trình nạp, sức điện động của ắc qui có thể đạt từ 2,6 đến 2,7V, đồng thời có bọt khí thoát ra, hiện tượng ắc qui sôi) lúc này ta cần kết thúc quá trình nạp, nếu cứ tiếp tục nạp thì dòng điện chỉ có tác dụng phân tích nước thành Hị và 0 2 bốc hơi, làm rung động bản cực, rơi rụng chất hữu hiệu, giảm tuổi thọ ắc qui. c) Các đại lượng đặc trưng của ắc qui axít Các đại lượng chính đặc trưng cho ắc qui là: + Sức điện động: hay (điện thế) của ắc qui là hiệu điện thế của ắc qui khi ắc qui hở mạch, ký hiệu là E và phụ thuộc vào tỉ trọng của dung dịch theo công thức: E = 0,85 + d (V) (2-9) Trong đó: d là tỉ trọng của dung dịch d = 1,21 + 1,26. + Điện áp của ắc qui: điện áp của ắc qui là hiệu điện thế giữa 2 cực của ắc qui khi ắc qui nối kín mạch qua phụ tải. Theo định luật ôm toàn mạch ta có: u = E - Ip.r0 (V) ( 2 - 10) Trong đó: E là điện thế của ắc qui tính bằng (V) Ip là dòng điện phụ tải hay dòng phóng (A). r0 là điện trở trong của ắc qui (Q) Trong quá trình phóng và nạp điện, vì chiều dòng điện khác nhau nên khi phóng thì điện áp thấp hơn điện thế và khi nạp thì điện áp cao hơn điện thế và quan hộ đó được thể hiện như sau: (2 - 11)