ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  LÊ XUÂN CHÂU NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẮC QUY TRÊN TÀU HẢI QUÂN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60.52.50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Trịnh Trung Hiếu Phản biện 1: PGS.TS Ngô Văn Dưỡng Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 13 tháng năm 2017 MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài (Tính cấp thiết đề tài) Trong lực lượng Hải quân biên chế số chủng loại tàu có sử dụng ắc quy (AQ) nguồn lượng cho hệ thống lượng tàu Thơng thường tuổi thọ AQ có giới hạn từ -5 năm tùy theo chế độ khai thác sử dụng bảo quản Với trình hoạt động bảo dưỡng AQ cho tàu quân phải tuân thủ nghiêm chế quy trình, với yêu cầu cho thấy lượng xả tổ hợp AQ nguồn lượng lớn, tái tạo nguồn lượng đòi hỏi cần thiết nhiệm vụ quốc phòng Nhằm tiết kiệm tối đa nguồn tài nguyên có sẵn giảm chi phí cho phục vụ quốc phòng Các AQ tàu tàu gồm hai tổ hợp mắc song song với nhau, tổ hợp gồm 120 mắc nối tiếp với nhau, AQ có cơng suất tối đa 11,5kW Một yêu cầu bắt buộc định kỳ tháng tổ hợp AQ tàu cần phải xả sâu để giải phóng điện tử bám cực AQ tránh tượng sunfat hóa điện cực, hoạt động bắt buộc để tránh tượng dung lượng ảo AQ hoạt động lâu dài Khi phóng xả AQ tàu theo quy định giá trị dòng điện đầu dao động từ 800 – 850A dòng điện trì suốt thời gian 20h Khi xả tàu yêu cầu phải đậu cảng, để xả nguồn lượng cho AQ cách sử dụng hai động đẩy chân vịt tàu quay ngược đốt nóng nước biển thơng qua cực sau xả lại xuống biển Do đó, với mong muốn sử dụng nguồn lượng tái tạo thành dạng lượng khác phù hợp để nạp lại tổ hợp AQ khác tàu, cách chuyển hóa nguồn lượng xả với dòng điện đầu khơng đổi thơng qua biến đổi DC-DC điều chỉnh điện áp dòng điện cấp cho động DC lai MFĐ để nạp cho tổ hợp AQ khác tàu Hiện để nạp cho AQ bến sử dụng nguồn lượng máy phát – diesel, với mục đích tận dụng trang thiết bị sẵn có đơn vị II Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đề xuất thực giải pháp thu lại lượng từ trình xả hệ thống AQ dựa biến đổi điện tử cơng suất lớn nhằm chuyển hố nguồn lượng phóng xả AQ chiều thành nguồn điện DC có cấp điện áp khác cấp cho động DC lai MFĐ xoay chiều pha III Ðối tƣợng Phạm vi nghiên cứu Tổ hợp AQ tàu Bộ chuyển đổi điện tử công suất lớn DC-DC IV Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng số liệu thực tế tổ hợp AQ trình làm việc tàu Hải quân kết hợp với mô phần mềm Matlab để tính tốn thiết kế hệ thống thu hồi lượng V Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ứng dụng vào thực tế cho đơn vị Hải quân để tận dụng tối đa nguồn nguồn lượng có sẵn nhằm tiết kiệm lượng VI Cấu trúc luận văn: Luận văn có tổng cộng 03 chương bao gồm: Chương 1: Những nội dung AQ tàu Hải quân Chương 2: Các giải pháp thu hồi lượng từ hệ thống AQ Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống thu hồi lượng từ hệ thống AQ Kết luận hướng phát triển Chƣơng 1: NHỮNG NỘI DUNG CƠ BẢN VỀ ẮC QUY TRÊN TÀU HẢI QUÂN 1.2 Công dụng cấu tạo AQ axít 1.2.1 Cơng dụng: AQ nguồn lượng điện chiều mà ban đầu diễn tích luỹ lượng cách biến đổi lượng điện chiều thành lượng hố học, sau trả lại nguồn lượng cách biến đổi ngược lại từ lượng hoá học thành lượng điện 1.2.2 Cấu tạo AQ axít Hình 1.1 Cấu tạo AQ axít 1.4 Nguyên lý làm việc chung ắc quy 1.4.1 Quá trình nạp điện ắc quy Bộ nạp O2 H2 Bộ nạp H2SO4 H2O H2O Trọng lƣợng riêng Pb PbSO4 PbO2 PbSO4 Hình 1.2 Minh họa trình điện hóa xảy nạp AQ axít 1.4.2 Q trình phóng điện ắc quy - Tại cực dương: PbO2 + 2H+ + H2SO4 +2e → PbSO4 + 2H2O - Tại cực âm: Pb + SO24 → PbSO4 + 2e Phóng ← 2PbSO4 + 2H2O ↔PbO2 + 2H2SO4 + Pb → nạp 1.5 Các thông số ắc quy 1.5.2.Các thông số AQ tàu Hải quân - Chiều dài 600mm; - Chiều rộng 400mm; - Chiều cao ( khơng tính chiều cao ống đưa nước làm mát ống khuấy dung dịch ) 1200mm; - Chiều cao (tính ống lót)1220mm; - Khối lượng có dung dịch điện ly (đầy dung dịch) 805 kg; - Khối lượng khơng có dung dịch điện ly (khô) 635 kg; Bao gồm - Bản cực dương 58 cái; - Bản cực âm 59 cái; - Thanh nối có làm mát (nối cực + -); - Thùng – cái; - Nút thông cái; - Thiết bị khuấy trộn dung dịch - Tấm ngăn cách cực 116 cái; - Nắp cái; - Ốc vặn đầu cực 12 cái; - Thiết bị cách điện ; - Chân đế, trụ cái; AQ chế tạo block điện cực bố trí thùng đóng kín sợi thủy tinh 1.8 Đề xuất thông số chung xả cho hệ thống AQ I, U A 800 256 (V) 204 t(h) 20 Hình 1.11 Đƣờng đặc tính xả (I,U) tổ hợp AQ Dung lượng xả 1h tổ hợp AQ 200kW, điện áp 256V, dòng điện xả 800A, thời gian xả 20h Hiện nguồn lượng xả cách dùng hai động lai chân vịt ngược chiều tàu bến, xem nguồn lượng tiêu hao vơ ích Vì vậy, hướng luận văn nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng lại nguồn lượng thành dạng lượng khác phục vụ lại trình khai thác bảo quản AQ 1.9 Kết luận Trong chương đề cập đến kiến thức liên quan đến q trình phóng nạp AQ axít nói chung đặc tính riêng biệt AQ axít tàu Từ yêu cầu chế độ khai thác, bảo dưỡng AQ tàu cần tuân thủ nghiêm ngặt quy trình nhằm tăng tuổi thọ cho AQ Do đó, việc xả lượng AQ yêu cầu bắt buộc để đảm bảo đặc tính làm việc cần phải có phương án để tái tạo lại nguồn lượng cách có ích phục vụ lại q trình làm việc AQ Chƣơng 2: CÁC GIẢI PHÁP THU HỒI NĂNG LƢỢNG TỪ HỆ THỐNG AQ 2.1 Các dạng chuyển hóa lƣợng từ AQ 2.1.1 Chuyển hóa NL thành nhiệt để chƣng cất nƣớc biển 2.1.2 Trả lƣợng nguồn phƣơng pháp nghịch lƣu 2.1.3 Chuyển hóa lƣợng thành quay MFĐ nạp cho Nhóm Ắc quy số1 (120 cái) Converter DC/DC hệ thống AQ khác + - Nhóm Ắc quy số (120 cái) Converter DC/DC MOTO DC 300-400KW + GENERATOR phases 380VAC, 50Hz, 600KW Rectifier 1500v/p - Hình 2.1 Mơ hình động DC lai máy phát điện xoay chiều thông qua chỉnh lƣu nạp cho AQ Hình 2.2 Sơ đồ bốn chế độ nạp cho AQ chế độ nạp bổ sung 2.1.4 So sánh phƣơng pháp thu hồi lƣợng từ AQ Phƣơng Ƣu điểm pháp thu hồi Nhƣợc điểm Chưng cất - Thiết kế đơn giản - Liên tục thay thiết bị nước biển - Chi phí ban đầu đốt sau lần xả thành nước thấp cất - Tái sử dụng thấp phải tiếp xúc - Tuổi thọ thiết bị q trình làm việc thường xun với mơi hệ thống AQ trường nước mặn - Thiết bị cồng kềnh, qua nhiều công đoạn Trả - Thiết bị gọn nhẹ, - Chi phí ban đầu tương lượng inverter DC-AC lưới - Ít hao mòn thiết - Trả lượng nguồn bị đối cao chưa có chế đầu nên - Ít bị tổn hao lượng xem cơng suất khơng có giá trị - Giám sát dễ dàng trình tái sinh phục vụ lại - Giảm nhiều trình làm việc AQ nhân viên vận hành, - Chất lượng điện lưới giám sát, trực canh thiếu ổn định khó q trình kết nối lưới Chuyển hóa - Tận dụng thiết - Thiết bị cồng kềnh lượng bị, máy móc sẵn có thành - Chất lượng điện - Có khả thừa quay ổn định thiếu cơng suất máy phát sóng hài - Có tổn hao khí Phƣơng Ƣu điểm pháp thu hồi điện cấp - Tái sinh lượng nguồn nạp lại cho trình làm AQ khác việc AQ Tận Nhƣợc điểm dụng tối đa nguồn lượng sẵn có 2.2 Lựa chọn tính tốn phần tử DC/DC 2.2.1 Giới thiệu tổng quan biến đổi DC/DC có cách ly 2.2.1.1 Bộ biến đổi kiểu Flyback Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc mạch Flyback 2.2.1.2 Mạch Forward Thực chất mạch forward mạch giảm áp (buck) có bổ sung thêm MBAđể cách ly đầu vào đầu Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc mạch Forward 2.2.1.3 Mạch nửa cầu ( Half Bridge - HB) 10 pha góc φ Như tương ứng cặp (S5,S7) lệch pha với cặp (S1,S3) góc φ, cặp (S6,S8) lệch với cặp (S2,S4) góc φ Góc lệch φ thơng số quan trọng, khơng điều khiển lượng cơng suất truyền qua cầu mà điều khiển hướng truyền công suất Nếu 0