Đồ án Thiết kế mạch điều khiển lò nấu thép

Chương 1.Giới thiệu chung về lò nấu thép 1.1.Tìm hiểu về lò nấu thép - Ngành luyện kim ra đời từ rất lõu, sản phẩm của nú đÁp ứng được nhu cầu trong moi lĩnh vực. Trong thời gian đầu, cỏc phưong phỏp luyện thộp cổ điển như: lũ cao, lũ Mactanh- đõy là những loại lũ dựng nhiờn liệu đốt như củi than Ngày nay, với sự sử dụng rộng rói của điện năng thỡ phương phỏ nấu luyện thộp bằng điện chiếm ưu thế: Nấu luyện thộp bằng lũ điện là phương phỏp nhanh nhất, mang lại hiệu quả kinh tế cao vỡ phương phỏp này biến đổi điện năng thành nhiệt năng Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng, khả năng tự động hoỏ cao và cú khả năng luyện, nấu được nhiều loại thộp khỏc nhau, dựng cho mục đớch khỏc nhau. It gõy ụ nhiễm mụi trường. - Cú cỏc loại lũ phổ biến sau: lũ hồ quang, lũ điện trở, lũ cảm ứng. - Trong cỏc loại lũ điện trờn thỡ lũ cảm ứng cú cỏc ưu điểm nổi trội hơn cả: Nấu chảy được kim loại sạch nhất, vận hành đơn giản và cú thể nấu chảy trong chõn khụng hay trong mụi trường đặc biệt. So với lũ điện trở và lũ hồ quang thỡ hiệu quả nhiệt của lũ điện cảm ứng là 80% so với 60%-75% của 2 lũ kia và hiệu suõt nhiệt lờn tới 96%. Tuy nhiờn lũ cảm ứng cú hệ số cụng suất giảm khi điện trở của vật liệu giảm và để tăng nhệ số này thường người ta mắc cỏc tụ điện song song với lũ. Nhiệt độ của xỉ thấp cho nờn khú cú thể tinh luyện thộp. Một điểm chỳ ý trong lũ điện cảm ứng là tần số lũ càng cao khi khối lượng phối liệu nấu trong nũi mẻ thấp. 500 000Hz đối với lũ nhỏ, nấu thớ nghiệm 10g - 100g. 8000Hz - 4000Hz đối với lũ thớ nghiệm nấu vài kg. 2000Hz đối với lũ cụng nghiệp nhỏ, một mẻ 50 kg - 500kg. 1000Hz đối với lũ một mẻ 250kg-2000kg. 50Hz (tần số cụng nghiệp) với cỏc lũ nấu lớn trong cụng nghiệp CHƯƠNG 6 : MÔ PHỎNG MẠCH LỰC CHƯƠNG 5 : MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

docChia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 15/06/2013 | Lượt xem: 2098 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế mạch điều khiển lò nấu thép, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ch­¬ng 1.Giíi thiÖu chung vÒ lß nÊu thÐp 1.1.T×m hiÓu vÒ lß nÊu thÐp - Ngành luyện kim ra đời từ rất lâu, sản phẩm của nó đáp ứng được nhu cầu trong moi lĩnh vực. Trong thời gian đầu, các phưong pháp luyện thép cổ điển như: lò cao, lò Mactanh- đây là những loại lò dùng nhiên liệu đốt như củi than… Ngày nay, với sự sử dụng rộng rãi của điện năng thì phương phá nấu luyện thép bằng điện chiếm ưu thế: Nấu luyện thép bằng lò điện là phương pháp nhanh nhất, mang lại hiệu quả kinh tế cao vì phương pháp này biến đổi điện năng thành nhiệt năng Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng, khả năng tự động hoá cao và có khả năng luyện, nấu được nhiều loại thép khác nhau, dùng cho mục đích khác nhau. It gây ô nhiễm môi trường. Có các loại lò phổ biến sau: lò hồ quang, lò điện trở, lò cảm ứng. Trong các loại lò điện trên thì lò cảm ứng có các ưu điểm nổi trội hơn cả: Nấu chảy được kim loại sạch nhất, vận hành đơn giản và có thể nấu chảy trong chân không hay trong môi trường đặc biệt. So với lò điện trở và lò hồ quang thì hiệu quả nhiệt của lò điện cảm ứng là 80% so với 60%-75% của 2 lò kia và hiệu suât nhiệt lên tới 96%. Tuy nhiên lò cảm ứng có hệ số công suất giảm khi điện trở của vật liệu giảm và để tăng nhệ số này thường người ta mắc các tụ điện song song với lò. Nhiệt độ của xỉ thấp cho nên khó có thể tinh luyện thép. Một điểm chú ý trong lò điện cảm ứng là tần số lò càng cao khi khối lượng phối liệu nấu trong nòi mẻ thấp. 500 000Hz đối với lò nhỏ, nấu thí nghiệm 10g - 100g. 8000Hz - 4000Hz đối với lò thí nghiệm nấu vài kg. 2000Hz đối với lò công nghiệp nhỏ, một mẻ 50 kg - 500kg. 1000Hz đối với lò một mẻ 250kg-2000kg. 50Hz (tần số công nghiệp) với các lò nấu lớn trong công nghiệp Nãi riªng vÒ lß c¶m øng * Lß c¶m øng Theo øng dông cã thÓ chia lµm 2 lo¹i lµ: lß cã lâi s¾t vµ kh«ng cã lâi s¾t. - Lo¹i lß cã lâi s¾t ë gi÷a: xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng hç c¶m vµo nguyªn liÖu r¾n: E2 = 4,44.f.W2.f.10-8 (V) f - tÇn sè (Hz), chu kú (s) W2 - sè vßng cuén d©y thø cÊp f - tõ th«ng sinh ra ë lâi s¾t (Wb) Nhê dßng xoay chiÒu g©y ra cho tõ tr­êng nam ch©m cña lâi s¾t mµ kim lo¹i r¾n ®­îc nung nãng dÇn, cuèi cïng ch¶y vµo r·nh vµ cã thÓ lÊy ra ngoµi. Lo¹i nµy Ýt th«ng dông v× n¨ng suÊt kh«ng cao, xØ lu«n lu«n bÞ nguéi. - Lo¹i kh«ng cã lâi s¾t rÊt th«ng dông hiÖn nay: §Æc ®iÓm cña lo¹i lß nµy lµ tõ tr­êng tõ cuén d©y c¶m øng ®­îc dÉn th¼ng vµo kim lo¹i. T¹i ®©y sinh ra dßng ®iÖn hç c¶m cã c­êng ®é kh«ng ®Òu trªn d©y ®ång. MËt ®é dßng ®iÖn tËp trung ë mÆt ngoµi d©y, ë gi÷a gi¶m dÇn. ¦u ®iÓm cña lß c¶m øng kh«ng cã lâi thÐp lµ: - Cã thÓ luyÖn ®­îc hîp kim cã ®é s¹ch cao - LuyÖn ®­îc hîp kim ®ång nhÊt, thµnh phÇn ho¸ häc trong bÓ lß ®ång ®Òu do sù x¸o trén g©y ra bëi lùc ®iÖn ®éng. - Kim lo¹i luyÖn cã nhiÖt ®é cao vµ ®¹t ®­îc nhiÖt ®é cùc ®¹i trong toµn bé khèi kim lo¹i. - Kim lo¹i ch¸y Ýt do nung kim lo¹i tõ trong ra ngoµi. - HiÖu suÊt, n¨ng suÊt lß cao. - §iÒu chØnh c«ng suÊt vµ nhiÖt ®é ®¬n gi¶n, dÔ dµng, ph¹m vi réng. Lß c¶m øng ®­îc øng dông ®Ó luyÖn thÐp chÊt l­îng cao vµ c¸c hîp kim ®Æc biÖt kh¸c cã yªu cÇu ®é s¹ch cao, ®ång ®Òu vµ chÝnh x¸c vÒ thµnh phÇn ho¸ häc. CÊu t¹o cña lß Gåm hai bé phËn chÝnh lµ vßng c¶m øng vµ nåi lß. - Vßng c¶m øng lµm b»ng ®ång hoÆc èng s¾t dÑt. V× dßng qua vßng c¶m øng cì hµng ngµn ampe nªn tæn hao ®iÖn chiÕm tíi 25 ¸30% c«ng suÊt h÷u Ých cña thiÕt bÞ. Do vËy cÇn lµm m¸t vßng c¶m øng. Lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ cho phÐp mËt ®é dßng ®iÖn 2 ¸ 5A/mm2. Lµm m¸t b»ng n­íc trong vßng c¶m øng rçng cho phÐp dßng ®iÖn tíi 50 ¸ 70A/mm2. - Nåi lß lµm b»ng vËt liÖu chÞu löa. 1.2.T×m hiÓu vÒ t¶i 1.2.1.§Æc tÝnh t¶i trong qu¸ tr×nh nÊu thÐp T¶i lß nÊu thÐp lµ t¶i cã tÝnh c¶m kh¸ng.§Çu tiªn ta dÔ nhËn thÊy t¶i phô thuéc nhiÖt ®é theo c«ng thøc Rt = R0 *(1 + α *t) ; T¶i lß nÊu thÐp lµ t¶i cã tÝnh biÕn ®éng, th«ng qua ®å thÞ d­íi m T 7800 9000 m: lµ ®é tõ thÈm cña thÐp r: lµ suÊt ®iÖn trë cña thÐp(Wcm) NhËn thÊy khi nhiÖt ®é kho¶ng 800-9000c th× t¶i mÊt tÝnh c¶m kh¸ng ,chØ cßn tÝnh thuÇn trë (do μ gi¶m m¹nh ,cßn ρ t¨ng m¹nh) T¶i lß nÊu thÐp lµ t¶i ng¾n m¹ch , nªn nguån cÊp cho t¶i ph¶i lµm viÖc ë chÕ ®é ng¾n m¹ch, do ®ã ta chän nguån cÊp cho t¶i lµ nghÞch l­u nguån dßng 1.2.2.Quan hÖ f,p,U NhiÖt ®«t nãng kim läai ®­îc tÝnh theo c«ng thøc W=I12. n2 . 22.. (W) Trong ®ã: I1 : dßng ®iÖn trong cuén c¶m øng (A) n : sè vßng d©y cuén c¶m øng d : ®­êng kÝnh trong lß h : chiÒu cao mÎ liÖu (cm) I1.n : sè ampe vßng Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy: N¨ng l­îng biÕn thµnh ®iÖn n¨ng ë trong mÎ liÖu tØ lÖ thuËn víi b×nh ph­¬ng ampe vßng, tøc tØ lÖ víi c­êng ®é tõ tr­êng vµ c¨n b×nh ph­¬ng ®iÖn trë riªng vµ tÇn sè. Wnhiệt H2 I2 Wnhiệt Nh­ vËy ®Ó t¨ng l­îng nhiÖt cung cÊp cho vËt liÖu cã thÓ t¨ng c­êng ®é dßng ®iÖn hoÆc tÇn sè. Nh­ng trong thùc tÕ kh«ng thÓ t¨ng dßng ®iÖn lªn m·i v× d©y ph¶i rÊt lín vµ qu¸ nãng, cã thÓ nãng ch¶y (dï cã n­íc lµm m¸t). Th­êng dïng ph­¬ng ph¸p t¨ng tÇn sè, do vËy lß c¶m øng cßn gäi lµ lß cao tÇn. * MÆt kh¸c tÇn sè cßn ¶nh h­ëng ®Õn kÝch th­íc cña côc nguyªn liÖu. N¨ng l­îng truyÒn tõ nguån ®iÖn (tÇn sè), qua vßng c¶m øng, biÕn ®æi thµnh n¨ng l­îng tr­êng ®iÖn tõ. Trong vËt gia nhiÖt ®iÖn n¨ng dßng xo¸y c¶m øng ®­îc chuyÓn thµnh nhiÖt n¨ng. Khi truyÒn s©u trong kim lo¹i, ®é lín cña c¸c vect¬ E, H (hai thµnh phÇn cña tr­êng ®iÖn tõ) bÞ gi¶m dÇn vµ n¨ng l­îng tr­êng ®iÖn tõ còng gi¶m dÇn (theo ®é s©u truyÒn z). §é s©u thÈm thÊu: Trong ®ã: : tÇn sè (rad) = : hÖ sè tõ thÈm tuyÖt ®èi cña kim lo¹i. : hÖ sè tõ thÈm t­¬ng ®èi cña kim lo¹i = 4..10-7 H/m : hÖ sè tõ thÈm ch©n kh«ng : ®iÖn dÉn cña kim lo¹i TÝnh to¸n vµ thùc tÕ cho thÊy khi z = d th× 0,864 phÇn n¨ng l­îng ®iÖn tõ cã ë bÒ mÆt kim lo¹i bÞ tiªu t¸n ®Ó ®èt nãng líp kim lo¹i dµy d, cßn 0.316 phÇn n¨ng l­îng tiÕp tôc truyÒn s©u vµo líp kim lo¹i bªn trong. TÇn sè cµng lín th× d cµng nhá vµ n¨ng l­îng ®iÖn tõ cµng tËp trung ®èt nãng ë líp mÆt ngoµi cña kim lo¹i. Do ®ã ®Ó gi¶m n¨ng l­îng ®iÖn mÊt m¸t trªn mét tÊm kim lo¹i vµ qu¸ tr×nh nÊu ch¶y nguyªn vËt liÖu cÇn thiÕt ph¶i tÝnh to¸n mét c¸ch hîp lý vµ tØ mØ nh÷ng kÝch th­íc côc nguyªn liÖu vµ chÊt khÝt chÆt víi tÇn sè t­¬ng øng. §Ó cã hiÖu suÊt nÊu ch¶y kim lo¹i cao, khi tÇn sè cµng lín th× kÝch th­íc côc nguyªn liÖu cµng ph¶i nhá, cßn ®èi víi tÇn sè thÊp h¬n kÝch th­íc côc nguyªn liÖu cã thÓ to h¬n. VÝ dô: TÇn sè (Hz) KÝch th­íc côc nguyªn liÖu (mm) 500 20 1000 10 10000 5 NÕu khi tÊn sè rÊt lín h¬n n÷a th× kÝch th­íc côc nguyªn liÖu nhá h¬n 5mm. * TÊn sè còng cã quan hÖ chÆt chÏ víi b¶n chÊt cu¨ vËt liÖu vµ c«ng suÊt cña lß. C«ng thøc gÇn ®óng ®Ó tÝnh tÇn sè dßng ®iÖn lµ: fmin C«ng thøc trªn cho thÊy r»ng khi c«ng suÊt lß lín, nghÜa lµ khi b¸n kÝnh liÖu hoÆcdung tÝch cña lß lín còng nh­ khi ®iÖn trë cña liÖu nhá, tÇn sè cña dßng ®iÖn cung cÊp cã thÓ lÊy thÊp h¬n. §èi víi nh÷ng kim lo¹i nh­ s¾t, niken, cr«m còng nh­ hîp kim cña chóng ng­êi ta th­êng dïng tµn sè trong giíi h¹n 1000 ¸ 3000 Hz. §èi víi b¹c, ®ång, ®ång thanh, ®ång ®á, hîp kim b¹c niken, ®ång niken tÇn sè cã thÓ dïng tõ 50 ¸ 500 Hz. §Ó ®¶m b¶o c¶ yªu cÇu kinh tÕ vµ kü thuËt, viÖc lùa chän tÇn sè phô thuéc rÊt nhiÒu vµo c«ng suÊt cña lß. Quan hÖ giò¨ tÇn sè vµ c«ng suÊt cña lß ®­îc thÓ hiÖn qua nh÷ng sè liÖu sau: C«ng suÊt lß (kW) TÇn sè (Hz) <150 2000 ¸ 3000 250 ¸ 500 1000 750 ¸ 1000 500 >1200 150 HiÖn nay viÖc lùa chän tÇn sè dßng ®iÖn cung cÊp cho lß kh«ng cã lâi s¾t ®Ó luyÖn thÐp vÉn ®­îc lùa chän nh­ trªn. Ch­¬ng 2.Ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ S¬ ®å khèi cña bé biÕn tÇn cÊp cho lµ nÊu thÐp Trong ®ã: U21 : ®iÖn ¸p vµo bé chØnh l­u. Ud1 =Kcl*U21 *cosα : ®iÖn ¸p ra bé chØnh l­u (®iÖn ¸p vµo bé läc) Ud2 = Knl*U22 : ®iÖn ¸p vµo bé nghÞch l­u (sau bé läc) U2 : ®iÖn ¸p ra bé nghÞch l­u (®iÖn ¸p t¶i) Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p Ud1 = Ud2 Kcl*U21 *cosα = Knl*U22 *cos φt Víi α lµ gãc më chØnh l­u, cßn φt lµ gãc t¶i Tõ lÝ luËn trªn , ta thÊy yªu cÇu víi m¹ch chØnh l­u M¹ch chØnh l­u cã chøc n¨ng cÊp nguån cho m¹ch nghÞch l­u dßng 1 chiÒu cho m¹ch nghÞch l­u, tøc lµ gi÷ cho Id= const M¹ch chØnh l­u ®iÒu chØnh c«ng suÊt trong qu¸ tr×nh nÊu ch¶y vËt liÖu,v× khi gãc t¶i φt thay ®æi th× α còng ph¶i thay ®æi cho phï hîp. 2.1.Ph©n tÝch ®Ò xuÊt ph­¬ng ¸n. Chän nghÞch l­u nguån dßng céng h­ëng v× T¹o tÇn sè cao f = 1 – 30 kHz Phô t¶i cã tÝnh c¶m kh¸ng , nªn ta m¾c song song vµo t¶i tô , ®Ó t¹o m¹ch vßng dao ®éng h×nh Sin cña I hoÆc U.Nhê ®ã cã thÓ sö dông Thyristor th­êng vµ xung ®iÒu khiÓn lµ c¸c xung ®¬n,van chuyªn m¹ch tù nhiªn Tõ c«ng thøc Kcl*U21 *cosα = Knl*U22 *cos φt ,mÆt kh¸c , qu¸ tr×nh nÊu thÐp th× t¶i lu«n thay ®æi , hay φt lu«n biÕn ®éng .§Ó ®¶m b¶o cho qu¸ tr×nh n¨ng l­îng ®­îc tèt , ng­êi ta chän nghÞch l­u ®éc lËp nguån dßng lam viÖc ë chÕ ®é céng h­ëng , tøc lµ lu«n gi÷ cho cos φt = const , khi ®ã c«ng suÊt nguån qua bé biÕn tÇn lµ max, tæn hao min Dßng h×nh sin nªn gióp gi¶m kÝch th­íc bé läc 2.2.Lùa chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u Tõ yªu cÇu ta suy ra m¹ch chØnh l­u ph¶i lµ chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. C«ng suÊt cña lß nÊu lµ P = 140 kW, nguån ®iÖn sö dông lµ nguån ®iÖn 3 pha nªn chóng ta dïng chØnh l­u ®iÒu khiÓn 3 pha (nÕu dïng chØnh l­u ®iÒu khiÓn 1 pha c«ng suÊt t¶i lín sÏ lµm xÊu l­íi ®iÖn) Ta cã c¸c ph­¬ng ¸n: ChØnh l­u h×nh tia 3 pha ChØnh l­u cÇu 3 pha ChØnh l­u h×nh tia 6 pha Nh­ng chóng ta thÊy r»ng: ChØnh l­u h×nh tia 3 pha cã nh­îc ®iÓm: chÊt l­îng ®iÖn ¸p thÊp, hÖ sè ®Ëp m¹ch nhá nÕu c«ng suÊt t¶i lín sÏ ¶nh h­ëng xÊu ®Õn hÖ sè cosj cña l­íi ®iÖn, lµm mÐo l­íi ®iÖn vµ buéc ph¶i dïng ®Õn biÕn ¸p lùc. ChØnh l­u h×nh tia 6 pha tuy chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt nh­ng viÖc chÕ t¹o m¸y biÕn ¸p lùc 6 pha tèn kÐm, phøc t¹p, gi¸ thµnh cao nªn ph­¬ng ¸n nµy còng kh«ng kh¶ thi. Nh­ vËy chóng ta sÏ thiÕt kÕ phÇn chØnh l­u cho bé nguån lß nÊu thÐp dïng s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn, bao gåm: ChØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng ChØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng Sau ®©y em xin ph©n tÝch cô thÓ tõng ph­¬ng ¸n vµ ®i ®Õn lùa chän ph­¬ng ¸n cuèi cïng ®Ó thiÕt kÕ chi tiÕt. 2.2.1. ChØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng S¬ ®å nguyªn lý: D¹ng ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn: Ph©n tÝch s¬ ®å: S¬ ®å cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng gåm 3 tiristor vµ 3 diode chia lµm 2 nhãm: - Nhãm catot chung : T1, T3, T5 - Nhãm anod chung : D2, D4, D6 §iÖn ¸p c¸c pha: Ua = U2sinq Ub = U2sin(q - ) Uc = U2sin(q - ) Khi lµm viÖc c¸c diode chuyÓn m¹ch tù nhiªn cßn c¸c tiristo chuyÓn m¹ch ë c¸c thêi ®iÓm cÊp xung ®iÒu khiÓn theo gãc ®iÒu khiÓn a. Khi a60o sÏ xuÊt hiÖn c¸c giai ®o¹n 2 van th¼ng hµng cïng dÉn ®iÖn ®ång thêi T1-D4, T3-D6,T5-D2; khi ®ã dßng ®iÖn Id = 0 chØ ch¶y trong t¶i mµ kh«ng ch¶y vÒ nguån nªn n¨ng l­îng ®­îc gi÷ ë t¶i kh«ng tr¶ vÒ nguån. Ta cã thÓ coi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng t­¬ng ®­¬ng 2 m¹ch chØnh l­u h×nh tia: ChØnh l­u h×nh tia 3 pha ®iÒu khiÓn gåm T1, T3, T5 cã: UK = = 1,17U2cosa ChØnh l­u h×nh tia 3 pha kh«ng ®iÒu khiÓn gåm D2, D4, D6 cã: UA = = 1,17U2 Tæng hîp l¹i ta cã: ChÕ ®é vµ chøc n¨ng §iÖn ¸p trªn m¹ch t¶i: Ud = UK + UA = 1,17U2(1 + cosa) = 2,34U2. = Udmax. ChÕ ®é ho¹t ®éng: chÕ ®é chØnh l­u víi a = 0 ¸ p, Ud = 0 ¸ Udmax Chøc n¨ng: æn ®Þnh ®iÖn ¸p vµ dßng ra t¶i b»ng c¸ch thay ®æi a Th«ng sè chän van: §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van: Dßng trung b×nh qua van: Iv = Id/3 ¦u nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å: - ¦u ®iÓm: M¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n HÖ sè cosj lín - Nh­îc ®iÓm: Kh«ng hoµn tr¶ n¨ng l­îng vÒ nguån ®­îc khi 2 van th¼ng hµng cïng dÉn ®iÖn ChÊt l­îng ®iÖn ¸p thÊp, hÖ sè ®Ëp m¹ch nhá (m®m=3) nªn yªu cÇu cao vÒ bé läc. Lµm lÖch pha l­íi ®iÖn khi thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn 2.2.3. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn 3 pha ®èi xøng S¬ ®å nguyªn lý: D¹ng ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn Ph©n tÝch s¬ ®å: S¬ ®å cÇu 3 pha ®èi xøng gåm 6 Tiristor, chia lµm 2 nhãm : - Nhãm catot chung: T1, T3, T5 - Nhãm anod chung: T2, T4, T6 §iÖn ¸p c¸c pha: Ua = U2sinq Ub = U2sin(q - ) Uc = U2sin(q - ) Ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Gi¶ thiÕt T5, T6 ®ang cho dßng ch¶y qua VK = UC; VA = UB - Khi cho xung ®iÒu khiÓn më T1. Thyristor nµy më v× Ua>0. Sù më cña T1 lµm cho T5 bÞ kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn v× Ua > Uc. Lóc nµy T6 vµ T1 cho dßng ®i qua. §iÖn ¸p r a trªn t¶i: - Khi cho xung ®iÒu khiÓn më T2. Thyristor nµy më v× T6 dÉn dßng, nã ®Æt lªn catot T2 mµ Ub > Uc. Sù më cña T2 lµm cho T6 khãa l¹i mét c¸ch tù nhiªn v× Ub > Uc. Lóc nµy T2 vµ T1 cho dßng ®i qua. §iÖn ¸p trªn t¶i: C¸c xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau ®­îc lÇn l­ît ®­a ®Õn c¸c cùc ®iÒu khiÓn cña c¸c thyristor theo thø tù 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1,….Trong mçi nhãm, khi 1 thyristor më th× nã sÏ kho¸ ngay thyristor tr­íc nã, nh­ trong b¶ng sau: Thêi ®iÓm Më Kho¸ q1 = p/6 + a T1 T5 q2 =3p/6 + a T2 T6 q3 = 5p/6 + a T3 T1 q4 = 7p/6 + a T4 T2 q5 = 9p/6 + a T5 T3 q6 = 11p/6 + a T6 T4 §iÖn ¸p trªn t¶i Ud = VK - VA lµ kho¶ng c¸ch th¼ng ®øng gi÷a hai ®­êng bao: = ChÕ ®é vµ chøc n¨ng: §iÖn ¸p trªn m¹ch t¶i: ChÕ ®é ho¹t ®éng: - ChÕ ®é chØnh l­u víi a = 0 ¸ p/2, Ud = 0 ¸ Udmax - ChÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc víi a = p/2 ¸ p, Ud = -Udmax ¸ 0 Chøc n¨ng: æn ®Þnh ®iÖn ¸p vµ dßng ra t¶i b»ng c¸ch thay ®æi a Th«ng sè chän van: §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van: Dßng trung b×nh qua van: Iv = Id/3 ¦u nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å: - ¦u ®iÓm: ChÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt nªn viÖc thiÕt kÕ bé läc ®¬n gi¶n, tiÕt kiÖm. Cã kh¶ n¨ng hoµn tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi tèt khi t¶i cã tÝnh chÊt c¶m kh¸ng. Dßng ®iÖn m¸y biÕn ¸p ®èi xøng khi thay ®«Ø gãc a Nh­îc ®iÓm: - M¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p nh­ng cã thÓ kh¾c phôc ®­îc. - D¶i ®iÒu chØnh Ud hÑp - HÖ sè sö dông m¸y biÕn ¸p thÊp h¬n v× cosφba = cos α Víi m¸y biÕn ¸p, ta cã Víi m¸y biÕn ¸p ®iÒu chØnh c«ng suÊt Sba = 1,05*P®max Víi m¸y biÕn ¸p cã chøc n¨ng nguån ¸p mét chiÒu S ba =1,05* P®max* 2.3. KÕt luËn Qua viÖc ph©n tÝch hai ph­¬ng ¸n trªn, ta thÊy chän s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng lµ phï hîp nhÊt do ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu ®Æt ra víi nh÷ng ­u ®iÓm næi bËt: - HiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p tèt nhÊt trong c¸c s¬ ®å chØnh l­u. - ChÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt nªn thiÕt kÕ bé läc ®¬n gi¶n, tiÕt kiÖm. - Cã kh¶ n¨ng hoµn tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi tèt nhÊt khi t¶i cã tÝnh chÊt c¶m kh¸ng. - Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®èi xøng khi thay ®æi gãc a nªn kh«ng ¶nh h­ëng xÊu tíi c¸c hé tiªu thô ®iÖn xung quanh. Víi c¸c th«ng sè D¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p Ud = 154- 277v §iÖn ¸p ®Þnh møc ra Ud = 277v Dßng ®iÖn ra Id = P/Ud = 200000/277= 722A CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN MẠCH LỰC Các thông số ban đầu Pt = 200 KW Ura = 500 V Ung =3*380V fra = 12000 Hz Chọn thời gian phục hồi của van trong nghịch lưu là : tr = 20 s Góc nghịch lưu nhỏ nhất : βmin = tr = 2п.1000.20.10-6 = 0,1256 rad → β ≥ 0,1256 rad = 7,20 Thường β gÊp 2÷ 2,5 βmin Ta chọn β = 200 Ta có : 3.1.TÝnh to¸n bé läc Läc b»ng ®iÖn c¶m rÊt phï hîp víi t¶i c«ng suÊt lín v× c«ng suÊt cµng lín th× ®iÖn trë t¶i Rt sÏ cµng nhá vµ dÔ dµng thùc hiÖn ®iÒu kiÖn läc tèt lµ XL>> Rt (116_§TCS) Víi m®m=6 chän gãc ®k α =100 → k®mv= 0,083 Chọn k®mr= 0,02 → → ; với Thay số vào ta được : *Chú ý : Bộ lọc được làm mát bằng nước 3.2.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p Chọn MBA 3 fa / 3 trụ đấu Y/Y, làm mát bằng không khí tự nhiên. S = ks.Pd = 1,05.200.103 = 210.103 (VA) = 210 (KVA) Để đảm bảo đưa ra đến tải điện áp 423V với dòng điện 472,8A thì ta cần phải bù các sụt áp , vì vậy điện áp Ud thực tế cần có là : Ud = Udo cos α = Ud®m+ ∆Ul­íi+ ∆Uvan + ∑∆UR + ∑∆Uγ chọn góc α = 100 – góc dẫn dự trữ * Ud®m= 422 V * ∆Ulưới : Sụt áp nguồn xoay chiều dưới trị số định mức ∆Ulưới =( 10% ÷ 20%) Uf lưới = 10% .220=22 (V) * ∆Uvan : Sụt áp trên các van dẫn ( lấy tương đối = 1.75) ∆Uvan= 2.1,75 = 3,5 (V) ( s¬ ®å cÇu ) * ∑∆Ur : Sụt áp do thành phần 1 chiều dòng tải gây ra bao gồm : + Sụt áp trên điện trở dây quấn MBA sơ đồ cầu ∆Urba= 2.Id.Rba víi Rba= er . m U22/ S ba Chọn er = 2% vậy : ∆Urba + Sụt áp trên dây dẫn ( bỏ qua ) + Sụt áp trên bộ lọc ∆Uloc=5÷10% Uddm=5%.423=21,15 (V) * ∑∆Uγ : Sụt áp do hiện tượng trùng dẫn. Chỉ xét điện cảm MBA ( bỏ qua điện cảm lưới điện ) ta có ∑∆Uγ = Kγ.Xba.Id Chọn ex = 8% vậy : ∑∆Uγ = 0.04Udo VËy : Udocos10 = 423 + 22 + 3,5 + 0,01Udo + 21,1 + 0,04Udo Udo =502 (V) → Hệ số MBA : Dòng thứ cấp : Dòng sơ cấp : I1 Công suất MBA : Sba = 210 (kVA) 3.3. Tính chọn van lực : * Ta cã U2=214,7 V → Ung max= Điện áp ngược van cần chọn : Ung van=Ku.Ung max Chọn Ku = 1,7 Ung van = 1,7. 526 =849(V) * Dòng trung bình qua van : Itb van= Id/3 =472,8/ 3 = 157,6 (A) Dòng cho phép qua van : Icp= Ki .Itbvan Chọn Ki = 1,6 Icp = 1,6 . 157,6 = 252,16 (A) *Trên cơ sở các thông số Ung van và Icp ta chọn 6 Thyristor loai T15-100 với các thông số sau : Điện áp ngược Ung=1800 V Dòng cho phép qua van Icp= 300 A Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p Tốc độ biến thiên dòng Dßng ®iÒu khiÓn IGK =300 mA §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn UGK = 4 V §iện áp rơi trên van ∆U =1,6 V 3.4. Tính toán bảo vệ van : 3.4.1 . Bảo vệ quá nhiệt : Làm mát bằng nước tuần hoàn với lưu lượng 10lit/phút , nhiệt độ nước làm mát khoảng 250C 3.4.2.B¶o vÖ qu¸ dßng Do c«ng nghÖ chÕ t¹o van b¸n dÉn ph¸t triÓn nªn khi chän van ta ®· chän van cã dßng ®iÖn ®Þnh møc lín h¬n nhiÒu so víi dßng ®iÖn lµm viÖc do ®ã cã thÓ bá qua sù qu¸ dßng ®iÖn l©u dµi .V× vËy chóng ta chØ cÇn xem xÐt c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ qu¸ dßng ng¾n h¹n cho van b¸n dÉn nh­ trªn h×nh vµ theo tÝnh to¸n sau ®©y: *Dïng cÇu ch× b¶o vÖ: CÇu ch× dïng ®Ó chèng sù cè ng¾n m¹ch • Nhãm cc1: §Æt ë l−íi ®iÖn cã dßng ®Þnh møc I1CC = 1,1.I2 = 1,1.386 = 424,6 A Chọn 3 cầu chì loại GSGB150 • Nhãm cc2: M¾c nèi tiÕp van cã dßng ®iÖn ®Þnh møc I2CC = 1,1.Itbvan = 1,1. 157,6 = 173,36 A Chọn 6 cầu chì loại GSGB75 • Nhãm cc3: M¾c sau bé chØnh l−u cã dßng ®Þnh møc I3CC = 1,1.Id = 1,1.472,8 = 520,08 A Chọn cầu chì loại GSGB200 S¬ ®å m¹ch lùc *Dïng Aptomat b¶o vÖ Aptomat dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng ng¾t m¹ch khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch Tiristo, ng¾n m¹ch ®Çu vµo bé biÕn ®æi ( ng¾n m¹ch s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p). Chọn Aptomat cã c¸c th«ng sè: Cã ba tiÕp ®iÓm chÝnh, §ãng c¾t b»ng nam ch©m ®iÖn. Dßng ®iÖn lµm viÖc qua Aptomat: Ilv = I1 = 387,5A Dßng ®iÖn Aptomat cÇn chän: Idm = 1,2.Ilv = 1,2 . 387,5 = 465A ChØnh ®Þnh dßng ng¾n m¹ch. Inm = 2,5.Ilv = 2,5. 387,5 = 968,75 A Dßng qu¸ t¶i. Iqt = 1,5.Ilv = 1,5. 387,5=581,25 A Thời gian t¸c ®éng ph¶i nhá t ≤10 ms Ta chọn loại NS350N do hãng Mergin Gerin (Pháp ) chế tạo *Ngoµi ra ng−êi ta cßn l¾p thªm cÇu dao ®Ó c¸ch ly khi söa ch÷a Chọn cÇu dao cã dßng ®iÖn ®Þnh møc ICD=1,1 . I1 =1,1 . 387,5 =426,25 A Chọn ICD = 500 A 3.4.3. – Bảo vệ quá áp cho van : * B¶o vÖ xung tõ ®iÖn ¸p l­íi Ta thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c m¹ch RC nh− sau: Chọn theo kinh nghiệm : R1p = 20 Ω; C1p = 3μF. *B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho qu¸ tr×nh ®ãng c¾t Tiristo Ta thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c song song mét m¹ch RC víi Tiristo. Khi cã sù chuyÓn m¹ch c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o thµnh dßng ®iÖn ng−îc trong kho¶ng their gian ng¾n, sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng−îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ¸p gi÷a Anod vµ Catod cña Tiristo. Khi cã m¹ch R2, C2 m¾c song song víi Tiristo t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn Tiristo kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p. Chọn theo kinh nghiệm : R2p = 40Ω , C2p = 2,2μF. Ch­¬ng 4.ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn 4.1. Yªu cÇu cña m¹ch ®iÒu khiÓn 1.Giới thiệu chung : - Chøc n¨ng cña hÖ thèng ®iÓu khiÓn bé biÕn ®æi lµ biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn thµnh xung ®iÒu khiÓn t­¬ng øng víi gãc më cña Tiristor (α). - Bé biÕn ®æi gåm 2 phÇn: m¹ch ®éng lùc (ta ®· xÐt ë trªn) vµ m¹ch ®iÒu khiÓn.C¸c van cña m¹ch ®éng lùc chØ cã thÓ ho¹t ®éng ®­îc nÕu hÖ ®iÒu khiÓn t¹o ra nh÷ng xung ®iÒu khiÓn t­¬ng øng víi nh÷ng thêi ®iÓm thÝch hîp. - VÒ c¬ b¶n hÖ ®iÒu khiÓn gåm 2 phÇn chÝnh: + PhÇn chøa th«ng tin vÒ quy luËt ®iÒu khiÓn.phÇn nµy thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau tuú thuéc vµo cÊu tróc bé biÕn ®æi còng nh­ lÜnh v­c ®iÌu khiÓn. +PhÇn n¨ng l­îng t¹o ra tÝn hiÖu ®ñ c«ng suÊt ®Ó ®ãng më c¸c van ®éng lùc. - Ph©n lo¹i:Th«ng th­êng c¸c bé biÕn ®æi cã thÓ chia ra lµm 2 nhãm: + Bé biÕn ®æi phô thuéc + Bé biÕn ®æi ®éc lËp Do ®ã ta còng cã 2 lo¹i hÖ ®iÒu khiÓn: +HÖ ®iÒu khiÓn bé biÕn ®æi phô thuéc (chØnh l­u,bé B§XA xuay chiÒu). +HÖ ®iÒu khiÓn bé biÕn ®æi ®éc lËp (nghÞch l­u ®«c lËp vµ BB§XA 1 chiÒu) còng cã thÓ chia hÖ §K thµnh hÖ ®iÓu khiÓn t­¬ng tù vµ hÖ ®iÒu khiÓn sè. 2.Yêu cầu mạch điều khiển chỉnh lưu : M¹ch ®iÒu khiÓn cho bé nguån lß nÊu thÐp thuéc hÖ ®iÕu khiÓn bé biÕn ®æi phô thuéc.ë ®©y ta sö dông m¹ch ®iÓu khiÓn t­¬ng tù. Nh÷ng yªu cÇu cÇn thùc hiÖn ®èi víi m¹ch lµ: Ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c van lùc theo ®óng pha va víi gãc ®iÒu khiÓn α cÇn thiÕt. §¶m b¶o ph¹m vi gãc ®iÒu khiÓn αmin ÷ αmax t­¬ng øng víi ph¹m vi thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i cña m¹ch lùc. Cã ®é ®èi xøng xung ®iÒu khiÓn tèt.kh«ng v­ît qu¸ 1˚÷3˚ ®é ®iÖn. §¶m b¶o c¸ch ly tèt gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. §¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ tin cËy khi l­íi ®iÖn xuay chiÒu dao ®éng c¶ vÒ tÇn sè vµ gi¸ trÞ. Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«ng nghiÖp tèt. §¶m b¶o ®é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh ,d­íi 1ms. §¶m b¶o xung ®iÒu khiÓn ph¸t tíi c¸c van phï hîp ®Ó më ch¾c ch¾n van , tøc ph¶i tho¶ m·n: + §ñ c«ng suÊt : vÒ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn. + Cã s­ên xung dèc ®øng ®Ó më van vµo ®óng thêi ®iÓm qui ®Þnh. + §é réng xung ®iÒu khiÓn ®ñ cho dßng qua van kÞp v­ît trÞ sè dßng ®iÖn duy tr× Idt cña nã,®Ó khi ngÊt xung van vÉn gi÷ tr¹ng th¸i dÉn. + Xung cã d¹ng phï hîp víi s¬ ®å chØnh l­u vµ tÝnh chÊt t¶i, Do ®ã: Lùa chän xung ®iÒu khiÓn: V× m¹ch ®iÒu khiÓn s¬ ®å cÇu 3 pha cã nh÷ng ®iÓm kh¸c so víi nh­ng s¬ ®å kh¸c lµ trong s¬ ®å lu«n cã hai van dÉn ®iÖn: mét van ë nhom catot chung vµ mét van ë nhãm anot chung. Theo lý thuyÕt th× chØ cÇn 6 xung ®¬n ®Ó më 6 van t­¬ng øng , nh­ng do ®Æc tÝnh phô t¶i cũng nh­ ®Æc ®iÓm chuyÓn m¹ch cã thÓ lµm cho van ®ang dÉn tr­íc ®ã kho¸ l¹i => ta sÏ t¹o ra c¸c xung chïm cã ®é réng phï hîp ®Ó ®iªï khiÓn van còng nh­ gi¶m kÝch th­íc m¸y biÕn ¸p xung. 4.2.CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn *Cã hai nguyªn lý ®iÒu khiÓn c¬ b¶n: Nguyªn lý ®iÒu khiÓn dÞch pha Nguyªn lý ®iÒu khiÓn däc( ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng) * Trong 2 nguyªn lý kÓ trªn th× nguyªn lý ®iÒu khiÓn däc (th¼ng ®øng) ®¶m b¶o ®é t¸c ®éng nhanh cao nhÊt ,nªn ta lùa chän nguyªn lý ®iÒu khiÓn däc nµy. Ta cã s¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u nh­ sau: ®ång pha ®iÖn ¸p tùa so s¸nh vµ t¹o xung K§ xung BiÕn tÇn T¶i Bé ®iÒu chØnh U® U®k Uph Kh©u ®ång pha : cã nhiÖn vô t¹o ra ®iÖn ¸p tùa ®ång bé víi ®iÖn ¸p l−íi, cho phÐp x¸c ®Þnh ®­îc gãc ®iÒu khiÓn α. ®iÖn ¸p tùa cã thÓ lµ d¹ng arcos hoÆc d¹ng r¨ng c­a. D¹ng arcos cho ®iÖn ¸p chØnh l­u tuyÕn tÝnh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn : Udα = Udo.cosα = Udo.( Udk /Urc max ). Tuy nhiªn víi d¹ng ®iÖn ¸p nµy cã nh­îc ®iÓm lµ phô thuéc vµo l­íi ®iÖn vµ bÞ nhiÔu theo ®­êng nguån. Nªn th­c tÕ Ýt dïng mµ ng­êi ta hay sö dông ®iÖn ¸p tùa d¹ng r¨ng c­a cã : Udα = Udo.cos[п (1- Udk / Urc max.) ] Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa: T¹o ra ®iÖn ¸p tùa ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn t¹o ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn phï hîp Kh©u so s¸nh : So s¸nh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi ®iÖn ¸p tùa ®Ó x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn α. T¹i thêi ®iÓm Udk=Urc th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Ó më c¸c van t­¬ng øng. Kh©u ph¶n håi : §o dßng ®iÖn ra trªn t¶i vµ chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ¸p qua vÒ kÕt hîp víi Ucông nghệ ®Ó t¹o nªn ®iÖn ¸p U®k . Nhê cã kh©u ph¶n håi mµ m¹ch lµm viÖc chÝnh x¸c h¬n, tho¶n m·n dßng ¸p do c«ng nghÖ ®Æt ra. Kh©u t¹o xung vµ khuyÕch ®¹i xung : m¹ch t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o ra c¸c xung cã ®é réng nhÊt ®Þnh vµ ph©n phèi xung ®Õn ®óng c¸c van. M¹ch khuyÕch ®¹i xung cã nhiÖm vô khuyÕch ®¹i ®Ó ®¶m b¶o vÒ biªn ®é, c«ng suÊt xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi c¸ch ly m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. 4.3. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn vµ hoat ®éng. U1 0 p 2p 3p U2 Uv U3 U4 a a a U5 U6 U7 U8 U9 a a a a Udk q q q q q q q q a q a q S¬ ®å ®iÒu khiÓn c¸c thyristor TOR 4.3.1. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn 4.3.2. Ho¹t ®éng cña s¬ ®å *TÝn hiÖu xuay chiÒu sau khi ®­îc chØnh l­u bëi D1 , D2 sÏ ®ù¬c so s¸nh víi ®iÖn ¸p Uk ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu ®ång bé trïng víi thêi ®iÓm ®iÖn ¸p l­íi ®i qua ®iÓm 0 . TÝn hiÖu ®ång bé nµy sÏ më kho¸ ®iÖn tö lµ MosFet Q1 ®Ó gi¶m ®iÖn ¸p trªn tô C1 vÒ 0 . Khi ho¸ Q1 hë m¹ch , tô C1 n¹p ®iÖn theo c«ng thøc Uc=E.t/R8 vµ ë ®Çu ra cña K§TT OA4 sÏ cã tÝn hiÖu r¨ng c­a . Sau ®ã tÝn hiÖu r¨ng c­a sÏ ®ùoc so sánh víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn nhê bé so s¸nh b»ng K§TT OA5. *Bé K§TT OA6 lµ mét ®a hµi dao ®éng t¹o xung chïm cã tÇn sè cao 10Khz víi môc ®Ých gi¶m kÝch th­íc cña m¸y biÕn ¸p xung. *2 bé K§TT OA2 , OA3 lµm nhiÖm vô ph©n phèi xung cho tõng Tiristor trong cïng 1 pha *TÝn hiÖu cao tÇn sÏ ®­îc trén víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sau kh©u so s¸nh vµ víi c¸c tÝn hiÖu ph©n phèi ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu cho tõng Tiristor riªng biÖt. Nh÷ng tÝn hiÖu nµy ®­îc khuyÕch ®¹i vµ th«ng qua biÕn ¸p xung ®­a trùc tiÕp lªn cùc ®iÒu khiÓn cña Tiristor. *Trªn ®©y lµ nguyªn lý cña mét kªnh ®iÒu khiÓn.Ta cÇn thiÕt kÕ 3 kªnh A,B,C t­¬ng tù nhau. 4.4 .TÝnh to¸n c¸c kh©u m¹ch ®iÒu khiÓn * C¸c th«ng sè cÇn ®¹t ®­îc cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ: + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tyristor :Udk =4 V + Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn : Idk =300 mA + TÇn sè xung chïm : fxc = 10kHz + §é réng xung : Tx ≥ 3,5 ms + §é sôt ¸p ®Ønh xung : ΔUx = 0,1V + §iÖn ¸p nguån nu«i M§K : Vcc = 12V 4.4.1. Kh©u khuyÕch ®¹i t¹o xung. §å thÞ m« pháng: a. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p xung : Chän biÕn ¸p xung cã Kba = 2 à U1 =2.U2 = 2.Udk = 2.4 = 8V I1 =Idk / 2 = 0,3 / 2 =0,15A Chän vËt liÖu lµm lâi lµ s¾t ferit HM .Do chÕ ®é lµm viÖc cña BAX lµ tõ ho¸ 1 phÇn nªn ta chän ∆B = 0,25T ∆H = 30A/m Do kh©u t¹o xung chïm lµ xung ®èi xøng cã tn = tx = Nªn ta coi r»ng trÞ sè dßng hiÖu dông cuén thø cÊp b»ng mét nöa dßng ®iÒu khiÓn I2 =0,5Idk=0,15A VËy thÓ tÝch lâi biÕn ¸p lµ : V= Chän V = 1,12 cm3à Tra trong tµi liÖu ( 1) cho tr­êng hîp tõ ho¸ 1 phÇn chän lâi h×nh trô ký hiÖu 1811 ( tøc lµ ®­êng kÝnh ngoµi 18mm , ®­êng kÝnh trong 11mm ) cã tiÕt diÖn b»ng 0,443cm2. VËy sè vßng d©y cuén s¬ cÊp lµ : W1 vßng LÊy W1=40 vßng à W2 = 40/2 = 20 vßng b. TÝnh to¸n kh©u khuÕch ®¹i ; Chän E = 12V à Tõ ®©y ta chän bãng T1 lo¹i TIPP31 cã tham sè UCE=40V ,ICmax=2A , βmin =20 Ta cã : R17 > Chän R17 = 10Ω ( lo¹i ®iÖn trë cã c«ng suÊt 2,5W ) KiÓm tra ®é sôt ¸p trªn ®iÖn trë nµy khi bãng dÉn ∆UR17 =I1.R17 =0,15.10 =1,5 V à®iÖn ¸p cßn trªn BAX : U1 =E - ∆UR17 =12-1,5 =10,5V (®¹t yªu cÇu ) Tô C3 nh»m t¨ng c­êng ®iÖn ¸p ®­îc chän nh­ sau : C <μF Chän C = 1 μF Bãng T2 chän lo¹i 2N3904 cã tham sè UCE=40V , ICmax=0,2A , βmin =100 Ta cã : R16 ≤ ( ë ®©y ta lÊy s = 1,2) Chän R16 =8kΩ *C¸c §iode trong m¹ch ®iÒu khiÓn chän lo¹i 1N5401 cã:Ung=100V, Imax=3A. 4.4.2. Kh©u ph¸t xung chïm §å thÞ m« pháng : * Dïng m¹ch ph¸t xung Relaxation oscilator sö dông 0pAm LM 318 sö dông nh­ bé so s¸nh. - TÇn sè xung chïm t¹o ra fxc = 10khz =>Txc = Cã c«ng thøc tinh chu k× dao ®éng: T=2R11 .C2 .ln( 1 +) (1) Chän R12 =22kΩ ,R13=22 kΩ , ta cã (1) ó T=2R11 .C2 .ln(1+2) =>T =2,2 .R11 .C2 => R11.C2=45,4510-6 Chän C2 = 47nf => R11 = 0,967 kΩ Chän R11 là một biến trở 2 kΩ Chän R14 =15 kΩ 4.4.3. Kh©u ®ång pha §å thÞ m« pháng *Chän s¬ ®å hai nhÞp ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p ®ång bé.Tøc mét pha ®· t¹o ra 2 tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho 2 Tiristor. S¬ ®å sö dông chØnh l­u mét pha 2 nöa chu kú cã ®iÓm trung tÝnh ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p chØnh l­u Ub. * §iÖn ¸p Ub ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p Ua ®Ó t¹o ra c¸c tÝn hiÖu t­¬ng øng víi thêi ®iÓm mµ ®iÖn ¸p nguån ®i qua ®iÓm kh«ng. * Ua cµng nhá th× xung Udb cµng hÑp vµ ph¹m vi ®iÒu chØnh cµng lín. TÝnh to¸n: Chän MBA điÖn ¸p s¬ cÊp 380V xoay chiÒu , ®iÖn ¸p thø cÊp Ud =10V do ®ã Ub=0,9 .Ud = 9V (chỉnh lưu không điều khiển 2 nửa chu kỳ ). Chän αmin =175 ˚ ta cã Ua = 9sin5˚ = 0,78 V. Mµ: Chän R3=15kΩ th× R4 =1,04 kΩ . Ta chän R4 là biÕn trë 2k chän R0 =15kΩ KhuyÕt ®¹i thuËt to¸n OA1 chän IC LM318 ,víi c¸c th«ng sè sau: 4.4.4. Kh©u DÞch Pha. a. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa R¨ng c­a . *Ta sö dông m¹ch t¹o ®iÖn ¸p tùa d¹ng r¨ng c­a dïng KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n kÕt hîp víi MosFet. + Nguyªn lý c¬ b¶n cña nã lµ dïng m¹ch tÝch ph©n vµ kho¸ k (MosFet). Kho¸ ®­îc diÒu khiÓn bëi tÝn hiÖu ®ång bé (tÇn sè fdb=50Hz). + Chän kho¸ Q1 lµ MosFet 2N7000 cã th«ng sè : + Khi kho¸ më th× tô C1 ®­îc n¹p theo CT : UC= => víi T = 10 - =9,4ms Chän UCmax=10V àR8.C1 = LÊy C1=0,33μF àR8 =34,2 kΩ Chän R8 gåm 1 ®iÖn trë 30 kΩ vµ 1 biÕn trë 10 kΩ b. Kh©u so s¸nh. * Cã chøc n¨ng so s¸nh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi ®iÖn ¸p r¨ng c­a t¹o ra tÝn hiÖu phï hîp ®iÒu khiÓn Tiristor. Đ©y lµ kh©u x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn α. Udk Tx 10 => Chän R9 =R10 = R15 =15 kΩ *Ta cã:V. Tõ ®©y ta th©y Udk ≥6,4V .Tõ ®ã ta còng thÊy gãc αmax=175 - =113,80 4.4.5.Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Môc ®Ých ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®­îc t¹o bëi kh©u ®iÒu khiÓn, víi ®Çu vµo lµ Uph vµ Ud Kh©u ph¶n håi Kh©u ph¶n håi cã nhiÖm vô biÕn ®æi ®¹i l­îng nhiÖt ®é thµnh ®¹i l­îng ®iÖn ¸p , ®iÖn ¸p nµy ®­îc khuyÕc ®¹i sau ®ã ®em so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®Æt t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn , tÝn hiÖu nµy ®iÒu chØnh gãc më van α . Ta ph¶i gi¶i quyÕt hai viÖc : ChuyÓn ®æi nhiÖt ®é thµnh ®iÖn ¸p. KhuÕch ®¹i ®iÖn ¸p t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ChuyÓn ®æi nhiÖt ®é thµnh ®iÖn ¸p Dïng cÆp nhiÖt , cÆp nhiÖt ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c : Khi 2 d©y dÉn M vµ N hµn víi nhau bëi hai mèi hµn cã nhiÖt ®é T1, T2. M cã mËt ®é ®iÖn tÝch lín, N cã mËt ®é ®iÖn tÝch nhá. Khi T1 = T2 , e = 0 Khi T1 > T2 m¹ch cã e = e1- e2 = k( T1-T2) M¹ch cÇu R1,R2,R3,R4, dïng ®Ó bï sai sè do nhiÖt ®é m«i tr­êng. R2,R3,R4 lµ c¸c ®iÖn trë kh«ng ®æi theo nhiÖt ®é , riªng R1 cã thÓ M¹ch cÇu chØ c©n b»ng ë 00C øng víi R1/R3 = R2/R4. Khi nhiÖt ®é m«I tr­êng lµ T chªnh lÖch ®iÖn ¸p gi÷a A vµ B lµ ∆U = Ucc* α*T/4 , α lµ hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë Ura = e +∆U = k*T®o- k*Tmt + Ucc* α* Tmt/4 HiÖu chØnh sao cho k = Ucc* α/4 Dïng cÆp nhiÖt Ni-Pt cã th«ng sè : Gi¶I nhiÖt 0-1700oC Ura 0-12,426 mV ®é chÝnh x¸c trong kho¶ng 800-1700oC lµ 0,5% KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn Do tÝn hiÖu ra sau cÆp nhiÖt lµ rÊt nhá , ta ph¶i khuÕch ®¹i nã lªn tõ cì mV thµnh cì V ta chän OPAMP lo¹i OP07 , th«ng sè : Nguån nu«i ± 3V - ± 18V Offset 10μV Tæng trë vµo 3MΩ HÖ sè khuÕch ®¹i K = 200000 M¹ch khuÕch ®¹i Ura Chän R3 = R1 // R2 nh»m triÖt tiªu ¶nh h­ëng ®ång pha Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn M¹ch håi tiÕp ©m cã tô C ®Ó läc, U®Æt mang gi¸ trÞ ©m , Uph lÊy tõ cÆp nhiÖt qua khuÕch ®¹i so s¸nh víi U®Æt sao cho | U®Æt | > Upha ®Ó cã Udk> 0 ThËt vËy Udk = -k*U- = -k( Uph-| U®Æt | ) > 0 nªn Uph< | U®Æt | Khi t¨ng nhiÖt ®é Uph t¨ng suy ra (Uph + Ud ) gi¶m nªn UC gi¶m , Udk gi¶m suy ra gi¶m nhiÖt ®é cung cÊp cho lß. Khi nhiÖt ®é gi¶m t­¬ng tù Udk t¨ng , t¨ng nhiÖt ®é cung cÊp cho lß 4.4.5. Kh©u t¹o t¹o ®iÖn ¸p ph©n phèi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn §å thÞ m« pháng TÝn hiÖu ®iÖn ¸p tõ MBA ®ång pha sÏ ®­îc so s¸nh qua K§TT vµ ®­a ra xung vu«ng cã tÇn sè 50HZ cïng tÇn sè nguån. Chän OpAm lµ IC LM318 cã c¸c th«ng sè nh­ trªn. Chọn R1 =R2 =15 kΩ Chon R5 =R6 =15kΩ 4.4.6.Kh©u trén xung : *Ta dïng cæng AND 3 ®Çu vµo 4073 ®Ó lµm bé trén xung S¬ ®å §å thÞ m« pháng : th«ng sè sau cña 4073 : 4.4.7. Khèi nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p nguån nu«i mach ®iÒu khiÓn lµ :+12V vµ -12V. M¹ch æn ¸p sö dông IC æn ¸p 7812 vµ 7912 cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt,rÊt th«ng dông hiÖn nay. S¬ ®å m¹ch æn ¸p nh­ sau: §å thÞ m« pháng : Chän lo¹i MBA cã Kba = 0,1 => U2 = 22V Ud = 0,9 U2 =19,8 v, phï hîp ®Çu vµo 7812 Tô C1,C3 lµ c¸c tô ph©n cùc dïng ®Ó san ph¼ng ®iÖn ¸p nªn chän: C1= 1000nF lo¹i 35V C3 =10 nF lo¹i 50V Tô C2 vµ C4: c¸c tô läc dïng ®Ó läc c¸c xung cao tÇn Chän C2 =C4 =100nF lo¹i 104 Chän m¹ch chØnh l­u lµ cÇu diode tÝch h¬p s½n lo¹i 2KBB10 : 200V,2A. T­¬ng tù chän cho m¹ch t¹o nguån -12V CHƯƠNG 5 : MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN S¬ ®å 1 kªnh m¹ch ®iÒu khiÓn. §å thÞ m« pháng nhËn ®­îc. VËy: kÕt qu¶ m« pháng hoµn toµn ®óng víi yªu cÇu thùc tÕ. ViÖc m« pháng chÝnh x¸c ®· chøng minh c«ng viÖc thiÕt kÕ trªn lµ phï hîp víi yªu cÇu ®­îc giao. CHƯƠNG 6 : MÔ PHỎNG MẠCH LỰC Ta có : Rba= Lba Lloc=10,9 mH Rd=5,1Ω Từ đó ta mô phỏng mạch lực bằng sơ đồ SIMULINK sau : Đồ thị mô phỏng ta nhận được :

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết kế mạch điều khiển lò nấu thép.doc