Đề tài Thiết kế lò điện trở

ThiÕt kÕ ®å ¸n m«n häc ®Ò tµi ThiÕt kÕ lß ®iÖn trë 1. §Çu ®Ò thiÕt kÕ : ThiÕt kÕ lß ®iÖn trë 2. Ng­êi thùc hiÖn : Hä vµ tªn NguyÔn V¨n Kh¸nh Líp Tù §éng Ho¸ 1 Kho¸ 47 Gi¸o viªn h­íng dÉn Ph¹m Quèc H¶i N¨m thùc hiÖn : 2006 ThiÕt kÕ ®å ¸n m«n häc ®Ò tµi ThiÕt kÕ lß ®iÖn trë 1. C¸c sè liÖu cho tr­íc : NhiÖt ®é lß 400 - 600 ( C) C«ng suÊt ®Þnh møc 40 ( kW ) Tæn hao nhiÖt 10 ( kW ) §iÖn ¸p nguån l­íi 3*380 ( V ) 2. Néi dung c¸c phÇn thuyÕt minh vµ tÝnh to¸n : Ch­¬ng 1 Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn trë Ch­¬ng 2 Giíi thiÖu vÒ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha Ch­¬ng 3 ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc Ch­¬ng 4 ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn KÕt luËn 3. C¸c b¶n vÏ : B¶n vÏ tæng thÓ toµn bé s¬ ®å nguyªn lý m¹ch thiÕt kÕ (c¶ m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ) trªn giÊy vÏ kü thuËt khæ A2. Môc lôc Lêi nãi ®Çu Trong thùc tÕ c«ng nghiÖp vµ sinh ho¹t hµng ngµy, n¨ng l­îng nhiÖt ®ãng mét vai trß rÊt quan träng. N¨ng l­îng nhiÖt cã thÓ ®­îc dïng ®Ó nung nãng, sÊy kh«... V× vËy viÖc sö dông nguån n¨ng l­îng nµy mét c¸ch hîp lý vµ cã hiÖu qu¶ lµ rÊt cÇn thiÕt. Lß ®iÖn trë ®­îc øng dông rÊt réng r·i trong c«ng nghiÖp v× ®¸p øng ®­îc nhiÒu yªu cÇu thùc tiÔn ®Æt ra. ë lß ®iÖn trë, yªu cÇu kÜ thuËt quan träng nhÊt lµ ph¶i ®iÒu chØnh vµ khèng chÕ ®­îc khiÖt ®é cña lß. §©y còng chÝnh lµ yªu cÇu cña ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt mµ em ®· ®­îc giao. §å ¸n ®· ®­îc thùc hiÖn d­íi sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o Ph¹m Quèc H¶i. §å ¸n ®­îc chia thµnh ba phÇn chÝnh sau: Giíi thiÖu s¬ l­îc vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña lß ®iÖn vµ lß ®iÖn trë. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. Ch­¬ng 1- tæng quan vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn I - Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn 1 - §Þnh nghÜa Lß ®iÖn lµ mét thiÕt bÞ ®iÖn biÕn ®iÖn n¨ng thµnh nhiÖt n¨ng dïng trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nhau nh­ nung hoÆc nÊu luyÖn c¸c vËt liÖu, c¸c kim lo¹i vµ c¸c hîp kim kh¸c nhau v.v... - Lß ®iÖn ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c lÜnh vùc kü thuËt : + S¶n xuÊt thÐp chÊt l­îng cao + S¶n xuÊt c¸c hîp kim phe-r« + NhiÖt luyÖn vµ ho¸ nhiÖt luyÖn + Nung c¸c vËt phÈm tr­íc khi c¸n, rÌn dËp, kÐo sîi + S¶n xuÊt ®óc vµ kim lo¹i bét - Trong c¸c lÜnh vùc c«ng nghiÖp kh¸c : + Trong c«ng nghiÖp nhÑ vµ thùc phÈm, lß ®iÖn ®­îc dïng ®Ó sÊt, m¹ vËt phÈm vµ chuÈn bÞ thùc phÈm + Trong c¸c lÜnh vùc kh¸c, lß ®iÖn ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt c¸c vËt phÈm thuû tinh, gèm sø, c¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa v.v... Lß ®iÖn kh«ng nh÷ng cã mÆt trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp mµ ngµy cµng ®­îc dïng phæ biÕn trong ®êi sèng sinh ho¹t hµng ngµy cña con ng­êi mét c¸ch phong phó vµ ®a d¹ng : BÕp ®iÖn, nåi nÊu c¬m ®iÖn, b×nh ®un n­íc ®iÖn, thiÕt bÞ nung r¾n, sÊy ®iÖn v.v... 2 - ¦u ®iÓm cña lß ®iÖn so víi c¸c lß sö dông nhiªn liÖu Lß ®iÖn so víi c¸c lß sö dông nhiªn liÖu cã nh÷ng ­u ®iÓm sau : Cã kh¶ n¨ng t¹o ®­îc nhiÖt ®é cao §¶m b¶o tèc ®é nung lín vµ n¨ng suÊt cao §¶m b¶o nung ®Òu vµ chÝnh x¸c do dÔ ®iÒu chØnh chÕ ®é ®iÖn vµ nhiÖt ®é KÝn Cã kh¶ n¨ng c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh chÊt dì nguyªn liÖu vµ vËn chuyÔn vËt phÈm §¶m b¶o ®iÒu khiÖn lao ®éng hîp vÖ sinh, ®iÒu kiÖn thao t¸c tèt, thiÕt bÞ gän nhÑ 3 - Nh­îc ®iÓm cña lß ®iÖn N¨ng l­îng ®iÖn ®¾t YÒu cÇu cã tr×nh ®é cao khi sö dông II-Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn trë 1 - Nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë lµm viÖc dùa trªn c¬ së khi cã mét dßng ®iÖn ch¹y qua mét d©y dÉn hoÆc vËt dÉn th× ë ®ã sÏ to¶ ra mét l­îng nhiÖt theo ®Þnh luËt Jun-Lenx¬ : Q=I2RT Q - L­îng nhiÖt tÝnh b»ng Jun (J) I - Dßng ®iÖn tÝnh b»ng Ampe (A) R - §iÖn trë tÝnh b»ng ¤m T - Thêi gian tÝnh b»ng gi©y (s) Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy ®iÖn trë R cã thÓ ®ãng vai trß : VËt nung : Tr­êng hîp nµy gäi lµ nung trùc tiÕp D©y nung : Khi d©y nung ®­îc nung nãng nã sÏ truyÒn nhiÖt cho vËt nung b»ng bøc x¹, ®èi l­u, dÉn nhiÖt hoÆc phøc hîp. Tr­êng hîp nµy gäi lµ nung gi¸n tiÕp. Tr­êng hîp thø nhÊt Ýt gÆp v× nã chØ dïng ®Ó nung nh÷ng vËt cã h×nh d¹ng ®¬n gi¶n ( tiÕt diÖn ch÷ nhËt, vu«ng vµ trßn ) Tr­êng hîp thø hai th­êng gÆp nhiÒu trong thùc tÕ c«ng nghiÖp. Cho nªn nãi ®Õn lß ®iÖn trë kh«ng thÓ kh«ng ®Ò cËp ®Õn vËt liÒu ®Ó lµm d©y nung, bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß. 2 - Nh÷ng vËt liÖu dïng lµm d©y nung a) - Yªu cÇu cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung D©y nung lµ bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß, lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt do ®ã ®ßi hái ph¶i ®¶m b¶o c¸c yÒu cÇu sau : + ChÞu nãng tèt, Ýt bÞ «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao + Ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc cao, kh«ng bÞ biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao + §iÖn trë suÊt ph¶i lín + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ph¶i nhá + C¸c tÝnh chÊt ®iÖn ph¶i cè ®Þnh hoÆc Ýt thay ®æi + C¸c kÝch th­íc ph¶i kh«ng thay ®æi khi sö dông + DÔ gia c«ng, dÔ hµn ho¨c dÔ Ðp khu«n b)- D©y nung kim lo¹i §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu cña d©y nung, trong hÇu hÕt c¸c lß ®iÖn trë c«ng nghiÖp, d©y nung kim lo¹i ®Òu ®­îc chÕ t¹o b»ng c¸c hîp kim Cr«m-Nh«m vµ Cr«m-Niken lµ c¸c hîp kim cã ®iÖn trë lín. Cßn c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt ®­îc dïng ®Ó chÕ t¹o d©y nung rÊt hiÕm v× c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt th­êng cã nh÷ng tÝnh chÊt kh«ng cã lîi cho viÖc chÕ t¹o d©y nung nh­ : + §iÖn trë suÊt nhá + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë lín + BÞ «xy ho¸ m¹nh trong m«i tr­êng khÝ quyÔn b×nh th­êng D©y nung kim lo¹i th­êng ®­îc chÕ t¹o ë d¹ng trßn vµ d¹ng b¨ng c) - D©y nung phi kim lo¹i D©y nung phi kim lo¹i dïng phæ biÕn lµ SiC, grafit vµ than. III-CÊu t¹o lß ®iÖn trë I- Nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi cÊu t¹o lß ®iÖn 1 - Hîp lý vÒ c«ng nghÖ Hîp lý vÒ c«ng nghÖ cã nghÜa lµ cÊu t¹o lß kh«ng nh÷ng phï hîp víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ yªu cÇu mµ cän tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng sö dông nã ®èi víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nÕu nh­ kh«ng lµm phøc t¹p qu¸ tr×nh gia c«ng vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh mét c¸ch râ rÖt. CÊu tróc lß ®¶m b¶o ®­îc c¸c ®iÒu kiÖn nh­ thÕ míi coi lµ hîp lý nhÊt. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng trong khi nhu cÇy vÒ lß ®iÖn v­ît xa kh¶ n¨ng s¶n xuÊt ra nã. 2 - HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt lµ kh¶ n¨ng biÓu thÞ hiªu suÊt cùc ®¹i cña kÕt cÊu khi c¸c th«ng sè cña nã x¸c ®Þnh ( kÝch th­íc ngoµi, c«ng suÊt, träng l­îng gi¸ thµnhv.v... ). §èi víi mét thiÕt bÞ hoÆc mét vËt phÈm s¶n xuÊt ra, n¨ng suÊt trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Þnh møc, suÊt tiªu hao ®iÖn ®Ó nung v.v... lµ c¸c chØ tiªu cë b¶n cña hiÖu qu¶ kü thuËt. Cßn ®èi víi tõng phÇn riªng biÖt cña kÕt cÊu hoÆc chi tiÕt, hiÖu qu¶ kü thuËt ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng c«ng suÊt dÉn ®éng, m« men xo¾n, lùc v.v... øng víi träng l­îng, kÝch th­íc hoÆc gi¸ thµnh kÕt cÊu. 3 - Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña chÊt l­îng kÕt cÊu cña c¸c lß ®iÖn. Th­êng c¸c lß ®iÖn lµm viªc liªn tôc trong mét ca, hai ca vµ ngay c¶ ba ca mét ngµy. NÕu trong khi lµm viÖc, mét bé phËn nµo ®ã kh«ng hoµn h¶o sÏ ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh s¶n suÊt chung. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc liªn tôc trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng. Ngay ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc chu kú, lß ngõng còng lµm thiÖt h¹i râ rÖt cho s¶n xuÊt v× khi ngõng lß ®ét ngét ( nghÜa lµ ph¸ huû chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng vña lß ) cã thÓ dÉn ®Õn lµm h­ háng s¶n phÈm, l·ng phÝ nguyªn vËt liªu vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm. Mét chØ tiªu phô vÒ sù ch¾c ch¾n khi lµm viÖc cña mét bé phËn ®ã cña lß ®iÖn lµ kh¶ n¨ng thay thÕ nhanh hoÆc kh¶ n»ng dù tr÷ lín khi lß lµm viÖc b×nh th­êng. Theo quan ®iÓm ch¾c ch¾n, trong thiÕt bÞ cÇn chó ý ®Õn c¸c bé phËn quan träng nhÊt, quyÕt ®Þnh sù lµm viÖc liªn tôc cña lß. ThÝ dô : d©y nung, b¨ng t¶i v.v... 4 - TiÖn lîi khi sö dông TiÖn lîi khi sö dông nghÜa lµ yªu cÇu Sè nh©n viªn phôc vô tèi thiÓu Kh«ng yªu cÇu tr×nh ®é chuyªn m«n cao, kh«ng yªu cÇu søc lùc vµ sù dÎo dai cña nh©n viªn phôc vô. Sè l­îng c¸c thiÕt bÞ hiÕm vµ quÝ bÞ hao mßn nhanh yªu cÇu tèi thiÓu B¶o qu¶n dÔ dµng. KiÓm tra vµ söa ch÷a tÊt c¶ c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ thuËn lîi. Theo quan ®iÓm an toµn lao ®éng, ®iÒu kiÖn lµm viÖc ph¶i hîp vÖ sinh vµ tuyÖt ®èi an toµn. 5 - RÎ vµ ®¬n gi¶n khi chÕ t¹o VÒ mÆt nµy yªu c©u nh­ sau : Tiªu hao vËt liÖu Ýt nhÊt, ®Æc biÖt lµ c¸c vËt liÖu quÝ vµ hiÕm ( c¸c kim lo¹i mÇu, c¸c hîp kim cã hµm l­îng niken cao v.v... ) C«ng nghÖ chÕ t¹o ®¬n gi¶n nghÜa lµ kh¶ n¨ng chÕ t¹o ph¶i sao cho ngµy c«ng Ýt nhÊt vµ tËn dông ®­äc c¸c thiÕt bÞ, dông cô th«ng th­êng cã s½n trong c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o ®Ó gia c«ng. C¸c lo¹i vËt liÖu vµ thiÕt bÞ yªu cÇu ®Ó chÕ t¹o ph¶i Ýt nhÊt. Sö dông ®Õn møc tèi ®a c¸c kÕt cÊu gièng nhau vµ cïng lo¹i ®Ó dÔ dµng ®æi lÉn vµ thuËn tiÖn khi l¾p r¸p. Chän hîp lý c¸c d¹ng gia c«ng ®Ó phï hîp víi ®iÒu kiÖn chÕ t¹o ( ®óc, hµn, dËp ). Bá c¸c chi tiÕt vµ c¸c kh©u gia c«ng c¬ khÝ kh«ng hîp lý. 6 - H×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp Mçi kÕt cÊu cña thiÕt bÞ, vËt phÈm, c¸c kh©u vµ c¸c chi tiÕt ph¶i cã h×nh d¸ng vµ tû lÖ c¸c c¹nh phï hîp, dÔ coi. Tuy vËy còng cÇn chó ý r»ng, ®é bÒn cña kÕt cÊu khi träng l­îng nhá vµ h×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp cã quan hÖ kh¨ng khÝt víi nhau. ViÖc gia c«ng lÇn chãt nh­ s¬n cã vai trß ®Æc biÖt quan träng ®èi víi h×nh d¸ng bÒ ngoµi cña lß ®iÖn. Song còng cÇn tr¸nh sù trang trÝ kh«ng cÇn thiÕt. II - CÊu t¹o lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë th«ng th­êng gåm ba phÇn chÝnh : vá lß, líp lãt vµ d©y nung. 1 - Vá lß Vá lß ®iÖn trë lµ mét khung cøng v÷ng, chñ yÕu ®Ó chÞ t¶i träng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lß. MÆt kh¸c vá lß còng dïng ®Ó gi÷ líp c¸ch nhiÖt rêi vµ ®¶m b¶o sù kÝn hoµn toµn hoÆc t­¬ng ®èi cña lß. §èi víi c¸c lß lµm viÖc víi khÝ b¶o vÖ, cÊn thiÕt vá lß ph¶i hoµn toµn kÝn, cßn ®èi víi c¸c lß ®iÖn trë b×nh th­êng, sù kÝn cña vá lß chØ cÇn gi¶m tæng thÊt nhiÖt vµ tr¸nh sù lïa cña kh«ng khÝ l¹nh vµo lß, ®Æc biÖt theo chiÒu cao lß. Trong nh÷ng tr­êng hîp riªng, lß ®iÖn trë cã thÓ lµm vá lß kh«ng bäc kÝn. Khung vá lß cÇn cøng v÷ng ®ñ ®Ó chÞ ®­îc t¶i träng cña líp lãt, phô t¶i lß ( vËt nung ) vµ c¸c c¬ cÊu c¬ khÝ g¾n trªn vá lß. - Vá lß ch÷ nhËt th­ênng dïng ë lß buång, lß liªn tôc, lß ®¸y rung v.v... - Vá lß trßn dïng ë c¸c lß giÕng vµ mét vµi lß chôp v.v... - Vá lß trßn chÞu lùc t¸c dông bªn trong tèt h¬n vá lß ch÷ nhËt khi cïng mét l­îng kim lo¹i ®Ó chÕ t¹o vá lß. Khi kÕt cÊu vá lß trßn, ng­êi ta th­êng dïng thÐp tÊm dµy 3 - 6 mm khi ®­êng kÝnh vá lß lµ 1000 – 2000 mm vµ 8 – 12 mm khi ®­êng kÝnh vá lß lµ 2500 – 4000 mm vµ 14 – 20 mm khi ®­êng kÝnh vá lß kho¶ng 4500 – 6500 mm. Khi cÇn thiÕt t¨ng ®é cøng v÷ng cho vá lß trßn, ng­êi ta dïng c¸c vßng ®Öm t¨ng c­êng b»ng c¸c lo¹i thÐp h×nh. Vá lß ch÷ ngËt ®­îc dùng lªn nhê c¸c thÐp h×nh U, L vµ thÐp tÊm c¾t theo h×nh d¸ng thÝch hîp. Vá lß cã thÓ ®­îc bäc kÝn, cã thÓ kh«ng tuú theo yªu cÇu kÝn cña lß. Ph­¬ng ph¸p gia c«ng vá lß lo¹i nµy chñ yÕu lµ hµn vµ t¸n. 2 - Líp lãt Líp lãt lß ®iÖn trë th­êng gåm hai phÇn : vËt liÖu chÞu löa vµ c¸ch nhiÖt. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cã thÓ x©y b»ng g¹ch tiªu chuÈn, g¹ch h×nh vµ g¹ch h×nh ®Æc biÖt tuú theo h×nh d¸ng vµ kÝch th­íc ®· cho cña buång lß. Còng cã khi ng­êi ta ®Çm b»ng c¸c lo¹i bét chÞu löa vµ c¸c chÊt dÝnh dÕt gäi lµ c¸c khèi ®Çm. Khèi ®Çm cã thÓ tiÕn hµnh ngay trong lß vµ còng cã thÓ tiÕn hµnh ë ngoµi nhê c¸c khu«n. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau : + ChÞu ®­îc nhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cña lß. + Cã ®é bÒn nhiÖt ®ñ lín khi lµm viÖc. + Cã ®ñ ®é bÒn c¬ häc khi xÕp vËt nung vµ ®Æt thiÕt bÞ vËn chuyÓn trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng g¾n d©y nung bÒn vµ ch¾c ch¾n. + Cã ®ñ ®é bÒn ho¸ häc khi lµm viÖc, chÞu ®­îc t¸c dông cña khÝ quyÓn lß vµ ¶nh h­ëng cña vËt nung. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi lß lµm viÖc chu kú. PhÇn c¸ch nhiÖt th­êng n»m gi÷a vá lß vµ phÇn vËt liÖu chÞu löa. Môc ®Ých chñ yÕu cña phÇn nµy lµ ®Ó gi¶m tæn thÊt nhiÖt. Riªng ®èi víi ®¸y, phÇn c¸ch nhiÖt ®ßi hái ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc nhÊt ®Þnh cßn c¸c phÇn kh¸c nãi chung kh«ng yªu cÇu. Yªu cÇu c¬ b¶n cña phÇn c¸ch nhiÖt lµ : + HÖ sè dÉn nhiÖt cùc tiÓu + Kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu + æn ®Þnh vÒ tÝnh chÊt lý, nhiÖt trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc x¸c ®Þnh. PhÇn c¸ch nhiÖt cã thÓ x©y b»ng g¹ch c¸ch nhiÖt, cã thÓ ®iÒn ®Çy b»ng bét c¸ch nhiÖt. 3 - D©y nung Theo ®Æc tÝnh cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung, ng­êi ta chia d©y nung lµm hai lo¹i : d©y nung kim lo¹i vµ d©y nung phi kim lo¹i. Trong c«ng nghiÖp, c¸c lß ®iÖn trë dïng phæ biÕn lµ d©y nung kim lo¹i. Ch­¬ng 2 Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha I - M¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha : Nh­ ®· nãi ë trªn, c«ng suÊt ra t¶i cña lß ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: P = 3. Nh­ vËy, ®Ó thay ®æi c«ng suÊt ®­a ra t¶i , ta cã thÓ thay ®æi hoÆc . Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, ng­êi ta th­êng chän c¸ch thay ®æi ®Ó cã thÓ thay ®æi c«ng suÊt ra t¶i. Khi cã s½n mét nguån ®iÖn xoay chiÒu, ®Ó cã thÓ thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i ta cã thÓ dïng bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu ( §AXC ) dïng van b¸n dÉn. ViÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i dùa theo nguyªn t¾c t­¬ng tù nh­ ë c¸c bé chØnh l­u tøc lµ thay ®æi ®iÓm më cña van so víi ®iÓm qua kh«ng cña ®iÖn ¸p nguån, v× vËy cßn gäi lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn pha (thay ®æi gãc më van ). Do diot chØ cã thÓ dÉn dßng theo mét chiÒu mµ ta l¹i yªu cÇu ®iÖn ¸p ra t¶i lµ xoay chiÒu nªn trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ng­êi ta kh«ng dïng diot mµ dïng triac v× ®©y lµ lo¹i van b¸n dÉn duy nhÊt cho phÐp dßng ®iÖn xoay chiÒu ®i qua nã. Tuy nhiªn, do triac kh«ng th«ng dông b»ng thyristor nªn thùc tÕ ng­êi ta th­êng dïng s¬ ®å 2 thyristor ®Êu song song ng­îc nhau thay cho triac nh­ h×nh d­íi : C¸c van T1, T2 lÇn l­ît dÉn dßng theo 1 chiÒu x¸c ®Þnh nªn dßng qua cÆp thyristor ®Êu song song ng­îc nµy lµ dßng xoay chiÒu. C¸c van thyristor ®­îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau gãc 180 ®é ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o dßng qua cÆp van lµ hoµn toµn ®èi xøng. Mét ­u ®iÓm cña viÖc sö dông hai van thyristor ®Êu song song ng­îc nhau thay thÕ cho triac trong n¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu lµ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn ®Ó më vµ kho¸ thyristor dÔ dµng h¬n nhiÒu so víi triac. Ta cã ®å thÞ d¹ng ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu : C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu cã nh­îc ®iÓm c¬ b¶n lµ trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh, m¹ch lu«n lµm viÖc ë chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, c¶ d¹ng dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ra t¶i ®Òu kh«ng sin nªn chØ phï hîp víi c¸c t¶i lo¹i ®iÖn trë nh­ lß ®iÖn trë , bãng ®Ìn lo¹i sîi ®èt v...v... Dßng ®iÖn sÏ liªn tôc vµ ®ång thêi trë thµnh h×nh sin hoµn chØnh chØ khi ®iÖn ¸p ra t¶i lÊy b»ng ®iÖn ¸p nguån. Nh­ vËy, khi ®iÒu chØnh trªn t¶i nhËn ®­îc mét d¶i n sãng hµi h×nh sin. MÆc dï vËy, víi t¶i lµ ®iÖn trë thuÇn cña lß ®iÖn trë th× viÖc d¹ng ®iÖn ¸p ra t¶i kh«ng sin còng kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß. C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu kh«ng phï hîp víi t¶i d¹ng c¶m kh¸ng nh­ biÕn ¸p hoÆc ®éng c¬ ®iÖn,... nªn chØ dïng khi ph¹m vi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p kh«ng lín. Trong thùc tÕ c«ng nghiÖp, c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu th­êng sö dông lµ c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha, t¶i m¾c h×nh sao( Y ) hoÆc t¶i h×nh tam gi¸c ( ). Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi m¹ch mét pha v× ë ®©y c¸c pha ¶nh h­ëng m¹nh sang nhau vµ nã cßn tuú thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh­ s¬ ®å ®Êu van, gãc ®iÒu khiÓn cô thÓ, tÝnh chÊt t¶i... H×nh trªn lµ s¬ ®å th­êng dïng nhÊt, ®ã lµ s¬ ®å cã s¸u thyristor ®Êu thµnh ba cÆp song song ng­îc. II - Quan hÖ gi÷a gãc ®iÒu khiÓn vµ c«ng suÊt ra t¶i Khi ph©n tÝch ho¹t ®éng cña s¬ ®å ta cÇn x¸c ®Þnh râ xem trong c¸c giai ®o¹n sÏ cã bao nhiªu van dÉn vµ nhê c¸c quy luËt d­íi ®©y ta cã thÓ cã ®­îc biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n, tõ ®ã míi tiÕn hµnh tÝnh to¸n. D­íi ®©y lµ c¸c quy luËt dÉn dßng cña van trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha: NÕu mçi pha cã mét van dÉn th× toµn bé ®iÖn ¸p ba pha nguån ®Òu nèi ra t¶i. NÕu chØ hai pha cã van dÉn th× mét pha nguån bÞ ng¾t ra khái t¶i, do ®ã ®iÖn ¸p ®­a ra t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y nµo cã van ®ang dÉn. Kh«ng thÓ cã tr­êng hîp chØ cã mét pha dÉn dßng. Dùa vµo quy luËt dÉn dßng cña van trong tõng giai ®o¹n mµ ta cã thÓ x©y dùng ®­îc ®å thÞ ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha. TiÕp theo, tõ nh÷ng biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n ®ã ta l¹i cã thÓ tÝnh to¸n ®­îc c¸c ®¹i l­îng cÇn tÝnh nh­ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, c«ng suÊt... Ta xÐt ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng s¸u thyristor ®Êu song song ng­îc, t¶i thuÇn trë ®Êu h×nh sao ë trªn vµ dùng ®å thÞ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt t¶i vµ gãc a : C«ng suÊt t¶i lµ : trong ®ã I lµ trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn t¶i. Dßng ®iÖn nµy biÕn thiªn theo hai trong ba quy luËt dÉn dßng cña van nh­ sau : · NÕu mçi pha cã mét van dÉn ( hay toµn m¹ch cã ba van dÉn) : · NÕu chØ cã hai van dÉn (hay toµn m¹ch cã hai van dÉn ) : trong ®ã : lµ biªn ®é ®iÖn ¸p d©y. j lµ gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ë giai ®o¹n ®ang xÐt. Tuú thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn mµ c¸c giai ®o¹n cã ba van dÉn hoÆc hai van dÉn còng thay ®æi theo. Ta thÊy cã ba kho¶ng ®iÒu khiÓn chÝnh : Kho¶ng dÉn cña van øng víi a = 0 ¸ : Trong ph¹m vi nµy sÏ cã c¸c giai ®o¹n ba van vµ hai van dÉn xen kÏ nhau nh­ ®å thÞ d­íi ®©y : Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn a : = = (1) Kho¶ng van dÉn øng víi a = 60 ¸ : Trong ph¹m vi nµy lu«n chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra ë d­íi : Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn a : = = (2) Kho¶ng van dÉn øng víi a = 90 ¸ : Trong ph¹m vi nµy chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn hoÆc kh«ng cã van nµo dÉn xen kÏ nhau. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra nh­ ë d­íi : Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn a : = = (3) Theo ba biÓu thøc (1), (2), (3) vµ cho c¸c gi¸ trÞ a kh¸c nhau vµ lÊy P ë a = 0 lµ 100% ta cã b¶ng c¸c gi¸ trÞ vµ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn a : a P% a P% 0 100 90 29,3 20 98,6 100 18,1 30 95,6 110 9,7 40 90,2 120 4,3 50 81,8 130 1,3 60 70,6 140 0,1 70 57,16 150 0 80 42,8 NhËn xÐt : c«ng suÊt ®­a ra t¶i lµ lín nhÊt khi gãc ®iÒu khiÓn a = 0 nh­ng víi a =30 th× c«ng suÊt ra t¶i còng xÊp xØ khi a = 0. Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng­îc t¶i thuÇn trë ®Êu tam gi¸c, d¹ng ®iÖn ¸p tõng pha còng nh­ vËy. Tuy nhiªn, do t¶i ®Êu tam gi¸c nªn khi m¹ch cã ba van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y, khi m¹ch cã hai van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i gi÷a hai d©y ®ã lµ ®iÖn ¸p d©y cßn ®iÖn ¸p r¬i trªn hai ®iÖn trë cßn l¹i b»ng mét nöa ®iÖn ¸p d©y. Ch­¬ng 3 ThiÕt kÕ tÝnh to¸n m¹ch lùc I - TÝnh chän van b¸n dÉn Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng cho lß ®iÖn d­íi ®©y ta sö dông m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng­îc, t¶i thuÇn trë ®Êu sao. C¸c biÓu thøc thÓ hiÖn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn a : Víi a = 0 ¸ : P = Víi a = 60 ¸ 90o : P = Víi a = 90 ¸ 150o : P = C«ng suÊt ®Þnh møc cña lß ®iÖn lµ = 40 (kw) Tæn hao cña lß ®iÖn = 3 (kw) Trong thùc tÕ, lß ®iÖn cã thÓ coi lµ hé tiªu dïng ®iÖn lo¹i mét, nghÜa lµ nguån cung cÊp cho lß ®iÖn lµ æn ®Þnh. Tuy nhiªn, ®Ó ®¶m b¶o hiÖu qu¶ còng nh­ sù an toµn trong ho¹t ®éng cña lß ®iÖn, ta sÏ chän mét l­îng c«ng suÊt dù tr÷ cho lß ®iÖn ®Ò phßng tr­êng hîp ®iÖn ¸p nguån v× mét lý do nµo ®ã bÞ sôt ¸p . Ngoµi ra, trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éngcua m×nh, lß ®iÖn còng chÞu thªm mét sè tæn thÊt kh¸c nh­ tæn thÊt trªn c¸c van b¸n dÉn, tæn thÊt trªn ®­êng d©y... nh­ng do kh«ng ®¸ng kÓ so víi tæng tæn thÊt v× nhiÖt cña lß nªn ta cã thÓ bá qua. Khi a = 0 th× ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin hoµn toµn vµ ®ång thêi c«ng suÊt ra t¶i còng ®¹t c«ng suÊt lín nhÊt P = v× vËy ®Ó ®¶m b¶o ®ñ bï c¸c tæn hao ®· nãi ë trªn ta chän c«ng suÊt lín nhÊt cña lß øng víi khi gãc ®iÒu khiÓn a = 0 lµ : P = = 50 (kw) Dùa vµo c«ng thøc (1) ta tÝnh ®­îc c«ng suÊt ra t¶i khi a = 0 à = 1,444 (W) ta x¸c ®Þnh ®­îc d©y ®iÖn trë cña lß cã gi¸ trÞ lµ 1,444 (W). Tõ ®©y, dùa vµo c«ng nghÖ chÕ t¹o ta cã thÓ tiÕn hµnh thiÕt kÕ chi tiÕt cho d©y ®iÖn trë ®Ó cã thÓ ®¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu kinh tÕ kÜ thuËt cña lß ®iÖn. TiÕp theo, ta tiÕn hµnh chän van th«ng qua c¸c th«ng sè kü thuËt cña van lµ ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt, dßng trung b×nh qua van ... Nh­ ®· nãi ë trªn, ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu còng t­¬ng tù nh­ m¹ch chØnh l­u, cô thÓ lµ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng­îc cã nguyªn lý ho¹t ®éng trong mét chu kú còng gièng nh­ nguyªn lý cña m¹ch chØnh l­u ba pha h×nh tia. V× vËy, ta cã thÓ hoµn toµn ¸p dông c¸c th«ng sè chän van cña m¹ch chØnh l­u ba pha h×nh tia cho m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng­îc. Cô thÓ : §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt trªn van : à (V) NhËn xÐt : khi gãc ®iÒu khiÓn a = 0 ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin vµ nh­ vËy, dßng trung b×nh qua van lóc nµy lµ lín nhÊt. Tõ ®©y ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ dßng ®iÖn trung b×nh qua van. (do t¶i thuÇn trë nªn i trïng pha víi u ) à à = 68,6 (A) Khi chän van ta ph¶i chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van v× khi ho¹t ®éng, van to¶ nhiÖt rÊt lín nªn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van sÏ ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu qu¶ còng nh­ tuæi thä cña van. NÕu van ho¹t ®éng trong ®iÒu kiÖn ®­îc lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ nhê c¸nh t¶n nhiÖt th× van cã thÓ lµm viÖc tèt víi 25% dßng ®Þnh møc. NÕu van lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn lµm m¸t b»ng qu¹t giã c­ìng bøc th× van cã thÓ chÞu ®­îc ®Õn 30 ¸ 60% dßng ®Þnh møc. NÕu lµm m¸t b»ng n­íc th× van cã thÓ chÞu ®­îc ®Õn 80% dßng ®Þnh møc. Th«ng th­êng trong c«ng nghiÖp th× van ph¶i ®­îc lµm m¸t tåi nhÊt lµ b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã c­ìng bøc. Trong nhiÖm vô thiÕt kÕ lµ ®iÖn nµy th× dßng qua van kh«ng qu¸ lín nªn ta cã thÓ chän chÕ ®é lµm m¸t cho van b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã c­ìng bøc. Ta chän c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó van cã thÓ chÞu dßng tíi 40% dßng ®Þnh møc cña van. Khi ®ã: = = = 172 ( A ) §Ó chän gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt trªn van, ta sÏ chän thªm hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p = 1,6 ¸ 2 ta chän : = 1,6 = . = 1,6 . 537 = 860 (V) Tõ c¸c gi¸ trÞ cña vµ , tra trong sæ tay ta chän ®­îc van C358 do h·ng G.E cña Mü chÕ t¹o víi c¸c th«ng sè sau : = 500 ¸ 1200 ( V ) = 225 ( A ) ........ KÕt luËn, trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng cho lß ®iÖn nµy ta cÇn dïng s¸u van thyristor C358 do h·ng G.E cña NhËt B¶n chÕ t¹o. II - TÝnh to¸n b¶o vÖ van b¸n dÉn Trong qu¸ tr×nh van ho¹t ®éng th× van ph¶i ®­îc lµm m¸t ®Ó van kh«ng bÞ ph¸ háng vÒ nhiÖt v× vËy ta ®· tÝnh to¸n chÕ ®é lµm m¸t cô thÓ cho van råi. Tuy nhiªn, van còng cã thÓ bÞ háng khi van ph¶i chÞu tèc ®é t¨ng dßng, t¨ng ¸p qu¸ lín. §Ó tr¸nh hiÖn t­îng qu¸ dßng, qu¸ ¸p trªn van dÉn ®Õn háng van ta ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p thÝch hîp ®Ó b¶o vÖ van. BiÖn ph¸p b¶p vÖ van th­êng dïng nhÊt lµ m¾c m¹ch R, C song song van ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ m¾c nèi tiÕp cuén kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Do t¶i cña lß ®iÖn lµ t¶i thuÇn trë nªn khi van cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn më th× dßng qua van sÏ t¨ng ®ét ngét víi tèc ®é t¨ng dßng rÊt lín sÏ g©y háng van. V× vËy, ng­êi ta cÇn ph¶i m¾c vµo tr­íc van mét cuén d©y ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Cuén d©y ®­îc dïng lµ mét cuén kh¸ng b·o hoµ cã ®Æc tÝnh lµ: khi dßng qua cuén kh¸ng æn ®Þnh th× ®iÖn c¶m cña cuén kh¸ng hÇu nh­ b»ng kh«ng vµ lóc nµy cuén d©y dÉn ®iÖn nh­ mét d©y dÉn b×nh th­êng. Ta cã m¹ch nh­ h×nh vÏ: §Ó tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña cuén kh¸ng ta xÐt qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong m¹ch: U = i.R + L. Ta thÊy r»ng tèc ®é t¨ng dßng lín nhÊt lµ: max = §Ó ®¶m b¶o an toµn cho van ta ph¶i chän L sao cho di/dt max ph¶i nhá h¬n tèc ®é t¨ng dßng chÞu ®­îc cña van, hay lµ: max < 200 A/ms à < 200 A/ms àL > = = 1,555 mH Ta chän cuén kh¸ng b·o hoµ cã gi¸ trÞ lµ 1,6 mH, lo¹i lâi kh«ng khÝ v× ®iÖn c¶m nhá. Sau khi tÝnh to¸n b¶o vÖ chèng tèc ®é t¨ng dßng ta tÝnh to¸n b¶o vÖ qu¸ ¸p cho van. Ng­êi ta chia ra hai lo¹i nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ¸p: 1 - Nguyªn nh©n néi t¹i: lµ do sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c líp b¸n dÉn. Khi kho¸ van thyristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc, c¸c ®iÖn tÝch nãi trªn ®æi ng­îc l¹i hµnh tr×nh, t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc trong thêi gian rÊt ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y nªn søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m, vèn lu«n lu«n cã cña ®­êng d©y nguån dÉn ®Õn c¸c thyristor. V× vËy, gi÷a anèt vµ catèt cña thyristor xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. Ta cã ®å thÞ thÓ hiÖn qu¸ tr×nh biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn van: 2 - Nguyªn nh©n bªn ngoµi: nh÷ng nguyªn nh©n nµy th­êng xÈy ra ngÉu nhiªn nh­ khi ®ãng c¾t kh«ng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®­êng d©y, khi mét cÇu ch× b¶o vÖ nhÈy, khi cã sÊm sÐt ... §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn ng­êi ta dïng m¹ch RC ®Êu song song víi thyristor nh­ h×nh d­íi: Th«ng sè cña R, C phô thuéc vµo møc ®é qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra, tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch, ®iÖn c¶m trªn ®­êng d©y, dßng ®iÖn tõ ho¸ m¸y biÕn ¸p ...ViÖc tÝnh to¸n th«ng sè cña m¹ch R, C rÊt phøc t¹p, ®ßi hái nhiÒu thêi gian nªn ta sÏ sö dông ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh th«ng sè R, C b»ng ®å thÞ gi¶i tÝch, sö dông nh÷ng ®­êng cong ®· cã s½n. C¸c b­íc tÝnh to¸n nh­ sau: X¸c ®Þnh hÖ sè qu¸ ¸p theo c«ng thøc: k = víi lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt trªn diot hoÆc thyristor mét c¸ch kh«ng chu kú, tra trong sæ tay tra cøu. lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p ng­îc thùc tÕ ®Æt trªn diot hoÆc thyristor. b lµ hÖ sè dù tr÷ an toµn vÒ ®iÖn ¸p, b = 1 ¸ 2 X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian: , , b»ng c¸ch tra trong ®å thÞ trong sæ tay tra cøu tÝnh max khi chuyÓn m¹ch nh­ ë phÇn tÝnh to¸n cuén kh¸ng b·o hoµ. X¸c ®Þnh ®iÖn l­îng tÝch tô Q = f(), sö dông c¸c ®­êng cong cho trong sæ tay tra cøu ®Ó x¸c ®Þnh. TÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ cña R, C theo c«ng thøc: C = trong ®ã L lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch RLC Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ b¶o vÖ van th× rÊt khã cã thÓ cã ®Çy ®ñ tÊt c¶ c¸c ®­êng cong ®Æc tÝnh cÇn thiÕt nªn ng­êi ta th­êng chän gi¸ trÞ cña R, C theo kinh nghiÖm: R = 20 ¸ 100 ( W ) ; C = 0,4 ¸ 1 ( mF ) Víi dßng qua van nhá, ta chän gi¸ trÞ R lín, C nhá.Víi dßng qua van lín, ta chän gi¸ trÞ R nhá, C lín. Theo tÝnh to¸n, dßng qua van b»ng 68,6 A kh«ng ph¶i lµ lín nªn ta chän gi¸ trÞ cña R, C nh­ sau: R = 100 W C = 0,47 mF ( c¸c gi¸ trÞ chuÈn) Ngoµi ra, trong m¹ch lùc còng cÇn cã thªm c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ ng¾n m¹ch, qu¸ t¶i ... nh­ ¸pt«m¸t, cÇu ch× ...ë mçi pha vµ cÇu ch× ë tr­íc mçi van ®Ó t¨ng cao tÝnh an toµn cho m¹ch. Ta cã m¹ch hoµn chØnh nh­ ë d­íi : Ch­¬ng 4 ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn I. Nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn Thyristor chØ më cho dßng ch¶y qua khi tho¶ m·n hai ®iÒu kiÖn : UAK > 0 IG > 0 Khi thyristor chuyÓn sang tr¹ng th¸i dÉn th× cùc ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông. Thyristor chØ trë vÒ tr¹ng th¸i kho¸ nÕu dßng ®iÖn IA < IH. ( IH : dßng ®iÖn duy tr× ) Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn : + §iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung trong ph¹m vi nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn A-K cña thyristor. + T¹o ra ®­îc c¸c xung ®ñ diÒu kiÖn më thyristor, ®é réng xung tx ®­îc tÝnh theo biÓu thøc : di/dt : tèc ®é biÕn thiªn dßng t¶i. CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn thyristor. UAK : ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ( ®iÖn ¸p mét chiÒu ). Ut : ®iÖn ¸p tùa ( ®ång bé víi ®iÖn ¸p A-K cña thyristor ). HiÖu ®iÖn ¸p | U®k – Ut | ®­a vµo kh©u so s¸nh. : lµm viÖc nh­ mét trig¬. §Çu ra nhËn ®­îc mét chuçi xung ch÷ nhËt. : kh©u t¹o xung. : kh©u khuÕch ®¹i xung. : kh©u biÕn ¸p xung. Thay ®æi U®k cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. Cã hai nguyªn t¾c : Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh : U®k + Ut ®­a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh b»ng c¸nh lµm biÕn ®æi U®k ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi ®iÓm xuÊt giÖn xung tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a. Khi U®k = 0 ta cã a = 0 Khi U®k 0 Quan hÖ gi÷a a vµ U®k nh­ sau : Ta lÊy U®kmax = Utmax. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “arccos”. Nguyªn t¾c nµy dïng hai ®iÖn ¸p : ®iÖn ¸p ®éng bé Ut v­ît tr­íc ®iÖn ¸p A-K cña thyristor mét gãc b»ng p/2. ( NÕu UAK = Asinwt th× Ut = Bcoswt ). UAK cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc theo hai h­íng d­¬ng vµ ©m. Ut + U®k ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo kh©u so s¸nh . Khi Ut + U®k = 0 ta nhËn ®­îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh. U®k + Bcosa = 0 Þ a = arccos( -U®k/B ). Th­êng lÊy B = U®kmax. Khi U®k = 0 th× a = p/2. Nguyªn t¾c nµy ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u chÊt l­îng cao. NhËn xÐt : Yªu cÇu cña ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha cã thÓ dïng nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh v× nã ®¬n gi¶n vµ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu m¹ch lùc. TÝn hiÖu ph¶n håi lµ sens¬ nhiÖt ®é biÕn tÝnh hiÖu nhiÖt thµnh tÝn hiÖu ®iÖn, bao gåm s¬ ®å cÇu R9, R10, R11, R*, En. TÝn hiÖu ®iÖn nµy ®­îc ®­a qua bé khuÕch ®¹i ( R12, R13, R14, IC A5 ), sau ®ã ®­îc ®­a vµo bé PI gåm U®Æt, R15, C3, R17, ®Çu ra lµ UchuÈn ( U1, U2, U3, U4, U5, U6_). TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å. CÊp nguån 220V cho cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha. §iÖn ¸p phÇn thø cÊp lµ ®iÖn ¸p ®ång pha. Ta chØ lÊy ®iÖn ¸p U21, U22 ®Ó dÉn gi¶i : U21 ®­îc so s¸nh møc ®iÖn ¸p 0V, qua D1 chØ lÊy xung vu«ng U1 . U22 ®­îc so s¸nh ë møc ®iÖn ¸p 0V, qua D1 chØ lÊy xung vu«ng U2. U1 vµ U2 ®­îc ®­a qua bé t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a ( gåm R3, R4,R5, R6, D1, D2, D3, A3, T1,T2 ), ®Çu ra sÏ nhËn ®­îc ®iÖn ¸p r¨ng c­a U3. U®k ®­îc so s¸nh víi U3 qua A4, cho xung ch÷ nhËt vu«ng. Xung ch÷ nhËt vu«ng nµy qua D4 chØ lÊy xung ch÷ nhËt d­¬ng U4. U®k cã thÓ thay ®æi, khi nhiÖt ®é t¨ng | U®k | gi¶m, gãc ph¸t xung lín lªn lµm ®iÖn ¸p ®Çu ra cña thyristor gi¶m vµ ng­îc l¹i, khi nhiÖt ®é gi¶m | U®k | gãc ph¸t xung gi¶m ®i lµm ®iÖn ¸p ®Çu ra cña thyristor t¨ng. ( Kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p lµ ph¶n håi ©m ®Ó æn ®Þnh ë mét ®iÖn ¸p nhÊt ®Þnh, t­¬ng øng víi mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh ). Xung U4 vµ xung chïm Ux ®­îc ®­a qua con AND. §Çu ra AND lµ xung chïm. Xung chïm nµy ®­îc qua T3, T4 m¾c ®alinht¬n ®Ó khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ( khuyÕch ®¹i dßng ). §­a xung qua biÕn ¸p xung BAX, cho ®é réng xung vµ biªn ®é xung nh­ mong muèn. Bé ph¸t xung chïm lµ ®a hµi tù dao ®éng gåm R11, R12, R13, C2 vµ IC A4, qua D6 lÊy xung chïm d­¬ng. Trong m¹ch ®iÒu khiÓn ta chän toµn bé IC lµ TL084 cã c¸c th«ng sè : Vcc = ± 15V P tiªu thô = 680 MW Rin = 106 MW U1 = Urabh = ±13 (V) U2 = Urabh = ±13 (V) §ièt trong m¹ch ®iÒu khiÓn lµ lo¹i 1N4009 cã c¸c th«ng sè : Ilvmax = 10 A Ung­îc = 25 V Umë = 1 V §ièt Zenner lµ lo¹i BZD23-C9V1 cã c¸c th«ng sè : UDZ = 9 V Kh©u ®ång pha. U21 = 10sinwt (V) U22 = -10sinwt (V) Cho qua bé so s¸nh so víi ®iÖn ¸p 0V. TÝn hiÖu ra nh­ h×nh vÏ ( bé so s¸nh ®¶o ). Chó ý : Ilv < 1 mA do ®ã : U21/R1 < 1 mA Þ R1 > 10/1 = 10 KW Ta chän R1 = R2 = R1’ = R2’ = 15 KW Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a ( Utùa ). Nguyªn lý ho¹t ®éng : + Trong nöa chu kú ®Çu : U1 0. U1 0 qua ®ièt D1 vµ æn ®Þnh ®iÖn ¸p UD3. UC1 vµ UD3 ®­îc ®­a qua bé trõ cã ®iÖn ¸p ra lµ U3. + Trong nöa chu kú sau : U1 > 0 , U2 < 0. U1 > 0 nªn T1 dÉn. UC1 phãng ®iÖn qua T1. §iÖn ¸p trªn tô C1 nhanh chãng trë vÒ 0. U2 < 0 nªn UD3 = 0 V. Do vËy U3 = 0 V. Ta cã ®å thÞ cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a nh­ h×nh vÏ : TÝnh to¸n m¹ch : + Trong nöa chu kú ®Çu : IET2 = ICT2 =(E – UD2 – UBE) / R5. UC1 = = (ICT2.t) / C1 = [(E – UD2 – UBE).t] / (R5.C1). * Khi t = T/2 th× UC1 = 9 V do ®ã : [(E – UD2 – UBE).T/2] / (R5.C1) = 9 V Víi E = 15 V, UD2 = 9 V, UBE = 0,6 V Þ R5.C1 = 0,006 Ta chän C1 = 0,47mF Þ R5 = 12,766 KW. Chän R5 = 13 KW V× UD3 = 9 V nªn U3 = UD3 – UC1 = (ICT2.t) / C1. Chän R6 = 3,3 KW, IR6 = IR7 = UD3 / 2.R6 = 9 / 6600 = 1,36 mA. UR7 = U2 - DUD1 – UD3 = 4,3 V. ( DUD1 = 0,7 V ) Þ R7 = UR7 / IR7 = 3,16 KW. VËy ta chän R7 = 3,3 KW Chän R3 = 10 KW. IET2 = ICT2 =(E – UD2 – UBE) / R5 = 0,09 mA Þ IBT2 = ICT2 / b. Chän T2 lµ 2N2904. Chän R4 = 5 KW. Kh©u so s¸nh. §iÖn ¸p r¨ng c­a U3 vµ U®k ®­a vµo cæng ©m A4. Khi | U3 – U®k | = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i vµ cã ®Çu ra U4 lµ chuçi xung ch÷ nhËt. Chän R8 = R9 = 10 KW Chän R10 = R8//R9 = 5KW TÝn hiÖu ®iÖn ¸p nh­ h×nh vÏ : Kh©u ph¸t xung chïm - Nguyªn t¾c ho¹t ®éng : Khi UC2 ®¹t ng­ìng lËt, s¬ ®å chuyÓn tr¹ng th¸i. ¸p cã gi¸ trÞ ng­îc l¹i víi gi¸ trÞ cò. Sau ®ã ®iÖn ¸p trªn UC2 thay ®æi theo h­íng ng­îc l¹i vµ tiÕp tôc cho tíi khi ch­a ®¹t ng­ìng lËt kh¸c. UN = |U®ãng| = Umax = ±13V U®ãng = -bUmax Ung¾t = bUmax Þ b = R11/( R11 + R12 ) UN(t) = Umax = (1 – (1 + be-t/R13C2)) |UN(t)| = |U®ãng| = |Ung¾t| Khi T = 2R13C2ln(1+2R11/R12). Chän tÇn sè kh©u ph¸t xung chïm : f = 10 KHz. R11 = R12 Þ T = 2,2R13C2 = 1/(10.103) R13C2 = 45,5.10-6 Chän C2 = 0,02mF Þ R13 = 2,27KW. Ta chän R13 = 2,2 KW Chän R11 = R12 = 10KW Chän cæng AND. Chän IC CMOS lµ IC4081 cã 4 cæng AND cã c¸c th«ng sè sau : Vcc = 3 - 15 V. Ta chän Vcc = E = 15 V. C«ng suÊt tiªu thô : 2,5 nW / 1 cæng. Ilv < 1mA §iÖn ¸p øng víi møc l«gic 1 lµ 2 - 4,5 V. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra nh­ h×nh vÏ : Kh©u khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung. Utc = Ugk = 2,5 V Itc = Ig = 0,25 A Th­êng th× tØ sè cña m¸y biÕn ¸p xung lµ k = 2 ¸ 3. Chän k = 2 Tõ ®ã ta cã Isc = Itc / k = 0,125 A Usc = Utc.k = 5 V Isc = ICT4 Chän T3 lµ C828 cã hÖ sè b3 = 10 ¸ 30. Chän T4 lµ 2N1613 cã hÖ sè b4 = 80 LÊy b3 = 10 Þ IET3 = ICT4 / b3 = 0,0125 A Chän UBT4 = 0,7 V Þ R16 = UBT4 / IBT4 = 56 W IBT3 = ICT4 / b3. b4 = 15,625 mA. Ta cã UBT3 = UBET3 + UBT4 = 0,6 + 0,7 = 1,3 (V). V× Us = 2 ¸ 4,5 V nªn ta chän ®iÖn ¸p sôt trªn UR15 = 1 V Þ R15 = UR15 / IBT3 = 64 KW R14 £ (E - Usc) / Isc = 80 W. Ta chän R14 = 57 W Kh©u ph¶n håi. - S¬ ®å ®o nhiÖt ®é trong lß lÊy tÝn hiÖu ra lµ ®iÖn ¸p Et : Trong s¬ ®å trªn : R20, R18, R19 lµ ®iÖn trë Manganin. R17 lµ ®iÖn trë thay ®æi theo nhiÖt ®é ®­îc lµm b»ng Cu hoÆc Ni ë 00C cÇu ®­îc tÝnh to¸n c©n b»ng, lóc nµy Et = 0. Khi nhiÖt ®é m«i tr­êng thay ®æi cÇu mÊt c©n b»ng. Lóc nµy gi¸ trÞ cña R17 còng thay ®æi lµm xuÊt hiÖn trªn hai ®Çu A,B mét ®iÖn ¸p DU. MÆt kh¸c nhiÖt ®é thay ®æi nªn hai ®Çu nhiÖt kÕ xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p DEt sao cho DEt = DU. V× vËy mV kÕ vÉn chØ 0 V. Ta dïng cÆp nhiÖt ®iÖn Platin – Platin R«®i (90% lµ Pt, 10% lµ Rh) ®o l©u dµi víi nhiÖt ®é lµ 1000 – 12000C. Kho¶ng 1000C th× t¨ng 0,64 mV. Ta cã ®å thÞ quan hÖ gi÷a Et = f(t0C) NhiÖt ®é nhá nhÊt lµ 8000C. Tra ®å thÞ ta ®­îc Et = 5,1 mV. NhiÖt ®é cao nhÊt lµ 10000C. Tra ®å thÞ ta ®­îc Et = 6,4 mV. §iÖn ¸p ®o ®­îc trªn mV kÕ lµ nhá nªn ta ph¶i khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p. Kh©u khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p ph¶n håi : Uph = - Et.R22 / R21 Ta chän R21 = 1 KW, R22 = 40 KW. Uph = (- 0,212) ¸ (-0,256) V Chän R23 = R22//R21 = 1 KW T¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn : UD9 = 9 V Ta cã ( E – UD9 ) / R24 ³ 1mA. Ta chän R24 = 3,3 KW Þ Rv = 0 ¸ 1,5 KW IR27 + IR25 = - IC3 - IR26 Uph / R27 + Ud / R25 = - C3.( dUC3 / dt ) – UC3 / R26 UC3 = - ( R26.Uph / R27 + R26.Ud / R25 ) - C3.R26( dUC3 / dt ) Chän R26 = R25 = 36 KW R26 / R27 = 35 Þ R27 = 1 KW Chän C3 = 0,47 mF R26.C3 = t U®k = - (Ud – k.| Uph |) - t(dUC3 / dt) TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra nh­ h×nh vÏ : Khèi nguån. IC æn ¸p lo¹i UA7815 cã c¸c th«ng sè lµ : Ung­ìng = 35 V Ira = 0 – 1,5 A E = 15 V IC æn ¸p lo¹i UA7915 cã c¸c th«ng sè lµ : Ung­ìng = 40 V Ira = 0 – 1,5 A -E = -15 V UMNmin = 18 V, ta th­êng chän UMN = 21 V Ta cã UMN = Ua.2,34 = 10.2,34 = 23,4 V tho¶ m·n ®iÒu kiÖn chän C4, C5 lµ tô lµm ph¼ng 330 mF – 25 V S¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p –E co c¸c th«ng sè t­¬ng øng hoµn toµn t­¬ng tù. TÝnh to¸n biÕn ¸p nguån nu«i. Chän : U2 = U21 = Udf = 10 V I2 = Idf = 1 mA C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p ®ång pha P®f =6 Udf .Idf=0,06W Cã 21 khuÕch ®¹i thuËt to¸n nªn ta chän 6 IC TL084, 6 con AND nªn ta chän 2 IC 4081. TL084 cã Ptth=680mW, AND 4081 cãPtth=2,5nW VËy c«ng suÊt tiªu thô ë 6 IC TL084 vµ AND 4081 lµ P8IC = 6.0,68+8.2,5.10-9 = 4,08 W C«ng suÊt biÕn ¸p cÊp cho 6 cùc ®iÒu khiÓn lµ Px = 6UgIg = 6. 2,5 . 0,25 = 3,75 W. C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i : P = P®f + P8IC + Px = 0,06 + 4,08 + 3,75 = 7,89 W. C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y S = 1,05.P = 1,05.7,89 = 8,28 W Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p I2 = S/6.U2 = 8,28/(6.10) = 0,138 A Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p I1 = S/3.UA = 8,28/(3.220) = 12,54 mA KÕt luËn Sau mét häc kú thùc hiÖn ®å ¸n víi sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o h­íng dÉn Ph¹m Quèc H¶i vµ c¸c thÇy gi¸o trong bé m«n Tù §éng Ho¸ XÝ NghiÖp C«ng NghiÖp, em ®· hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt víi ®Ò tµi “ thiÕt kÕ lß ®iÖn trë “ vµ ®¹t ®­îc mét sè kÕt qu¶ sau : 1 - HiÓu ®­îc vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña lß ®iÖn nãi chung vµ lß ®iÖn trë nãi riªng. 2 - VËn dông ®­îc nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha vµo m¹ch thùc tÕ. 3 - BiÕt c¸nh thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc. 4 - BiÕt c¸ch thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. KÕt qu¶ m« pháng cho thÊy m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng tèt ®¸p øng ®­îc nh÷ng yªu cÇu thùc tÕ ®Æt ra. §iÒu ®ã chøng tá tÝnh ®óng ®¾n cña m¹ch ®· thiÕt kÕ. KÕt qu¶ nµy cã thÓ lµ c¬ së cho viÖc øng dông ®Ó thiÕt kÕ m¹ch trong thùc tÕ. Tuy nhiªn, do thêi gian cã h¹n vµ tr×nh ®é cßn h¹n chÕ, ®å ¸n nµy kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n gi¸o viªn h­íng dÉn Ph¹m Quèc H¶i vµ c¸c thÇy gi¸o trong bé m«n ®· tËn t×nh gióp ®ì em hoµn thµnh tèt ®å ¸n nµy. Tµi liÖu tham kh¶o §iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn BÝnhNhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kÜ thuËt - 1995 Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt Ph¹m Quèc H¶i - D­¬ng V¨n NghiNhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt - 1997 §iÖn tö c«ng suÊt lín øng dôngNguyÔn BÝnhNXB §¹i häc vµ Gi¸o dôc chuyªn nghiÖp - 1985 §iÒu khiÓn tù ®éngPh¹m C«ng Ng«Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt - 1998 Lß ®iÖnBé m«n lß luyÖn kimTr­êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi -1971 Lß ®iÖnL­¬ng V¨n §ÒTr­êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi - 1993 Trang bÞ §iÖn - §iÖn tö m¸y c«ng nghiÖp dïng chungVò Qui Håi - NguyÔn V¨n ChÊt - NguyÔn ThÞ Liªn AnhNhµ xuÊt b¶n gi¸o - 1996 S¬ ®å ch©n linh kiÖn b¸n dÉnD­¬ng Minh TrÝNhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt - 1997