Thiết kế bộ chỉnh lưu cho lò điện trở

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài Thiết kế bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho một lò điện trở Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Ngọc Khoát Sinh viên thực hiện Đặng Văn Đạt MSV 18810430179 LỚP D13TĐHĐKTBCN2 Hà Nội,62021 MỤC LỤC Lời nói đầu 6 Chương 1 Giới thiệu về lò điện trở 1 1 1 – Định nghĩa về lò điện trở 1 1 2 Phân loại lò điện trở 1 1 3 Nguyên lý làm việc của lò điện trở 3 1 4 Cấu tạo lò điện trở 4 1 4 1 Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo là điện.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đề tài: Thiết kế bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho một

lò điện trở.

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Khoát

Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Đạt

MSV: 18810430179

LỚP: D13TĐH&ĐKTBCN2

Hà Nội,6/2021

MỤC LỤC

Danh mục bảng biểu

Danh mục hình vẽ

Lời nói đầu

Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lượng nhiệt đóng một vai trò rấtquan trọng Năng lượng nhiệt có thể được dùng để nung nóng, sấy khô Vì vậy việc sửdụng nguồn năng lượng này một cách hợp lý và có hiệu quả là rất cần thiết Lò điện trởđược ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng được nhiều yêu cầu thực tiễn đặt

ra Thiết kế bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho một lò điện trở sử dụng chỉnh lưu cầu một phađiều khiển hoàn toàn Đây cũng chính là yêu cầu của đồ án 1 mà em đã được giao

Đồ án đã được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Ngọc Khoát

đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đồ án được chia thành ba phần chính sau:

Chương 1:Giới thiệu sơ lược về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò điện và lò điện trở Chương 2: Giới thiệu bộ biến đổi điện tử công suất cầu một pha điều khiển hoàn toàn Chương 3: Thiết kế và tính toán mạch lực

Chương 4: Thiết kế và tính toán mạch điều khiển

Chương 5: Mô phỏng và kiểm chứng mạch thiết kế

Hà Nội, tháng 6, năm 2021 Sinh viên thực hiện

ĐẶNG VĂN ĐẠT

Chương 1: Giới thiệu về lò điện trở1.1 – Định nghĩa về lò điện trở

Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điệntrở) Từ dây đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vậtcần gia nhiệt Lò điện trở thường được dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu

và hợp kim màu…

- Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật :

+ Sản xuất thép chất lượng cao

+ Sản xuất các hợp kim phe-rô

+ Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện

+ Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi

+ Sản xuất đúc và kim loại bột

- Trong các lĩnh vực công nghiệp khác :

+ Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được dùng để mạ vật phẩm và chuẩn bịthực phẩm

+ Trong các lĩnh vực khác, lò điện được dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ,các loại vật liệu chịu lửa v.v

Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được dùng phổbiến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong phú và đa dạng :Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v

1.2-Phân loại lò điện trở

Phân loại theo phương pháp toả nhiệt:: gồm lò điện trở tác dụng trực tiếp và lò điện trở tácdụng gián tiếp

- Lò điện trở tác dụng trực tiếp :

Lò là điện trở mà vật nung được nung nóng trực tiếp bằng dòng điện chạy qua nó Đặcđiểm của loại lò này là tốc độ nung nhanh, cấu trúc lò đơn giản, nhiều khi không cầntường buồng lò Để đảm bảo nung đều thì vật nung phải có tiết diện như nhau theo suốtchiều dài vật

- Lò điện trở tác dụng gián tiếp :

Lò điện trở tác dụng gián tiếp là lò điện trở mà nhiệt được tỏa ra ở dây điện trở, rồi dâyđiện trở sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt

Các lò điện trở thường có nhiệt độ đạt tới 1200°C ( khi dây điện trở bằng kim loại )1350°C ( khi dùng thanh nung cacborun ) Lò điện trở được sử dụng rộng rãi trong nhiềungành công nghiệp, cũng như trong dân dụng

Hình 1 1: Nguyên lý lò điện trở đốt nóng trực tiếp và gián tiếp a) Đốt nóng trực tiếp b) Đốt nóng gián tiếp

1 Vật liệu được nung nóng trực tiếp; 3 Biến áp; 4 Đầu cấp điện

5 Dây đốt (dây điện trở); 6 Vật liệu được nung nóng gián tiếp

− Phân loại theo nhiệt độ làm việc:

+ Lò nhiệt độ thấp: nhiệt độ làm việc của lò dưới 6500°C

+ Lò nhiệt trung bình: nhiệt độ làm việc của lò từ 6500°C đến 12000°C

+ Lò nhiệt độ cao: nhiệt độ làm việc của lò trên 12000°C

− Phân loại theo nơi dùng:

+ Lò dùng trong công nghiệp

+ Lò dùng trong phòng thí nghiệm

+ Lò dùng trong gia đình

− Phân loại theo đặc tính làm việc: có lò làm việc liên tục và lò làm việc gián đoạn

Hình 1 2: Đồ thị nhiệt độ các chế độ làm việc của lò điện trở

a Lò liên tục b Lò làm việc có tính lặp lại c Lò gián đoạn

− Phân loại theo kết cấu lò: lò buồng, lò giếng, lò chụp

− Phân loại theo mục đích sử dụng: lò tôi, lò ram, lò ủ

-Yêu cầu đối với lò điện trở :

Lò phải được đảm bảo chịu nhiệt, cách nhiệt trong buồng lò an toàn bằng vật liệu chịulửa cách nhiệt, mục đích tránh thất thoát nguồn nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh, tránhlàm hư thiết bị khác của lò và đảm bảo an toàn cho người vận hành

1.3: Nguyên lý làm việc của lò điện trở

Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vậtdẫn thì ở đó sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ :

2

(1.1)Trong đó: Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J)

I - Dòng điện tính bằng Ampe (A)

R - Điện trở tính bằng (Ôm)

T - Thời gian tính bằng giây (s)

Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò :

- Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp

- Dây nung : Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ,đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp Trường hợp này gọi là nung gián tiếp

Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạng đơn giản ( tiếtdiện chữ nhật, vuông và tròn )

Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp Cho nên nói đến lò điệntrở không thể không đề cập đến vật liệu để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò

1.4- Cấu tạo lò điện trở

1.4.1 Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo là điện trở

a Hợp lý về công nghệ

Hợp lý về công nghệ có nghĩa là cấu tạo không những phù hợp với quy trình công nghệyêu cầu mà còn tính đến khả năng sử dụng nó đối với quá trình công nghệ khác nếu nhưkhông làm phức tạp quá trình gia công và tăng giá thành một cách rõ rệt Cấu trúc lò đảmbảo được các điều kiện như thế mới coi là hợp lý nhất Điều này đặc biệt quan trọng trongkhi nhu cầu lò điện vượt xa khả năng sản xuất ra nó

b Hiệu quả về kỹ thuật

Hiệu quả về kỹ thuật là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu khi các thông sốcủa nó xác định(kích thước ngoài, Công suất, trọng lượng v.v )

Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một đơn vị công suấtđịnh mức, công suất tiêu hao điện để nung v,v là các chỉ tiêu cơ bản của hiệu quả kỹthuật Còn đối với từng phần riêng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹ thuật đểđánh giá bằng công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v,v Ứng với trọng lượng, kíchthước hoặc giá thành kết cấu

c Chắc chắn khi làm việc

Chắc chắn khi làm việc là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của chất lượng kếtcấu của các lò điện Thông thường các lò điện làm việc liên tục trong một ca, hai ca vàngay cả trong ba ca trong một ngày Nếu trong khi làm việc một bộ phận nào đó khônghoàn hảo sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất chung Điều này đặc biệt quan trọng đốivới các lò điện làm việc liên tục trong dây chuyền sản xuất tự động Ngay đối với các lòlàm việc chu kỳ, lò ngừng cũng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất vì khi ngừng lò đột ngột

(nghĩa là phải huỷ chế độ làm việc bình thường của lò) có thể dẫn đến làm hỏng sảnphẩm, lãng phí nguyên liệu và làm tăng giá thành sản phẩm.

Một chỉ tiêu phụ thuộc về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận đó của lò điện làkhả năng thay thế nhanh hoặc khả năng dự trữ lớn khi lò làm việc bình thường Theo quanđiểm chắc chắn, trong thiết bị cần chú ý đến các bộ phận quan trọng nhất, quyết định sựlàm việc liên tục của lò Thí dụ: Dây nung, băng tải v,v

d Tiện lợi khi sử dụng

Tiện lợi khi sử dụng nghĩa là yêu cầu:

-Số nhân viên phục vụ tối thiểu

- Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sức lực và sự dẻo dai của nhânviên phục vụ

-Số lượng các thiết bị hiếm và quý bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu

-Bảo quản dễ dàng Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị thuận lợi

- Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và tuyệt đối antoàn

e Rẻ và đơn giản khi chế tạo

Về mặt này yêu cầu như sau: - Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu quý vàhiếm (các kim loại màu, các hợp kim có hàm lượng niken cao v.v )

1.4.2 Cấu tạo lò điện trở

Lò điện trở thông thường gồm ba phần chính : vỏ lò, lớp lót và dây nung

a) - Vỏ lò

Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong quá trình làmviệc của lò Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt rời và đảm bảo sự kín hoàntoàn hoặc tương đối của lò

Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, còn đối vớicác lò điện trở bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổn thất nhiệt và tránh sự lùacủa không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò

Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có thể làm vỏ lò không bọc kín

Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chị được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò ( vật nung ) vàcác cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò

- Vỏ lò chữ nhật thường dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v

- Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v

- Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi cùng một lượng kimloại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng thép tấm dày 3 - 6 mmkhi đường kính vỏ lò là 1000 – 2000 mm và 8 – 12 mm khi đường kính vỏ lò là 2500 –

4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kính vỏ lò khoảng 4500 – 6500 mm Khi cần thiếttăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng đệm tăng cường bằng các loạithép hình Vỏ lò chữ nhật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt theohình dáng thích hợp Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tuỳ theo yêu cầu kín của lò.Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và tán

b) - Lớp lót

Lớp lót lò điện trở thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cách nhiệt

Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệttuỳ theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò Cũng có khi người ta đầm bằngcác loại bột chịu lửa và các chất dính kết gọi là các khối đầm Khối đầm có thể tiến hànhngay trong lò và cũng có thể tiến hành ở ngoài nhờ các khuôn

Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau :

+ Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò

+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc

+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điều kiện làmviệc

+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn

+ Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển lò và ảnh hưởngcủa vật nung

+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu Điều này đặc biệt quan trọng đối với lò làm việcchu kỳ

Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa Mục đích chủ yếu củaphần này là để giảm tổn thất nhiệt Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độbền cơ học nhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu

Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là :

+ Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu

+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu

+ Ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định

Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách nhiệt.c)- Dây nung

Theo đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung làm hai loại : dâynung kim loại và dây nung phi kim loại

- Dây nung kim loại: dây nung kim loại thường là dây nung dạng băng và dây nungdạng tròn

- Dây nung dạng phi kim loại: thường có dạng thanh và ống

Trong công nghiệp, các lò điện trở dùng phổ biến là dây nung kim loại

1.5 Kết luận chương 1

Trong chương 1 đã giới thiệu về:

- Định nghĩa của lò điện trở

- Phân loại lò điện trở

- Ưu nhược điểm của lò điện trở

- Nguyên lý làm việc của lò điện trở

- Cấu tạo của lò điện trở

Trong chương 2 sẽ tìm hiểu và trình bày về các bộ biến đổi điện tử công suất tiêu biểu

Chương 2: Giới thiệu bộ biến đổi điện tử công suất cầu 1 pha

điều khiển hoàn toàn2.1 Giới thiệu chung về chỉnh lưu

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu

Hình 2 2: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển chỉnh lưuTrong sơ đồ có máy biến áp làm hai nhiệm vụ chính là:

- Chuyển từ điện áp quy chuẩn của lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp U2 thích hợp vớiyêu cầu của tài Tuỳ theo tải mà máy biến áp có thể là tăng áp hoặc giảm áp

- Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van Thông thường

số pha của lưới lớn nhất là 3, song mạch van có thể cần số pha là 6, 12

Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp vs lưới điện và mạch van đòi hỏi số pha nhưlưới điện thì có thể bỏ máy biến áp

Mạch van ở đây là các van bán dẫn được mắc với nhau theo cách nào đó để có thể tiếnhành quá trình chỉnh lưu

Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp ( hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải là bằng phẳngtheo yêu cầu

2.1.2 Phân loại

Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau đây:

a Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: một pha, hai pha, ba pha, 6 pha v.v

b Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch vạn

Hiện nay chủ yếu dùng hai loại van là diode và thyristor, vì thế có ba loại mạch sau:

• Mạch van dùng toàn diode, được gọi là chỉnh lưu không điều khiển

• Mạch vẫn dùng toàn thyristor, gọi là chỉnh lưu điều khiển,

• Mạch chỉnh lưu dùng cả hai loại diode và thyristor, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển

c, Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau

Có hai kiểu mắc van:

a) Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van Tất

cả các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau - hoặc catôt chung, hoặc anôt chungb) Sơ đổ cầu: Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van.Trong đó một nửa số van mắc chung nhau catot, nửa kia lại mắc chung nhau anot

Như vậy, khi gọi tên một mạch chỉnh lưu, người ta dùng ba dấu hiệu trên để chỉ cụ thểmạch đó Thí dụ: chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển, có nghĩa là mạch chỉnh lưu nàydùng kiểu mắc van theo sơ đồ cầu, nguồn cấp cho mạch van là ba pha, và dùng 6 van có

cả điot và thyristor

2.2: Giới thiệu về Thyristor

Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ra ba tiếp giáp p-n: J1,J2,J3 Thyristor có ba cực: anot A, catot K, cực điều khiển G như hình bên dưới:

Hình 2 3: Cấu trúc và kí hiệu của van ThyristorThyristor là Diode có điều khiển, bình thường khi phân cực thuận , thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp kích vào chân G thì thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn thyristor mới ngưng dẫn.

2.3 Phân tích một số chỉnh lưu cơ bản

2.3.1) Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kì có điểm giữa, tải thuần trở

Hình 2 4: Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu một pha, hai nửa chu kì có điểm giữa

Hình 2 5: Đồ thị mạch chỉnh lưu cầu một pha, hai nửa chu kì có điểm giữa

Mạch chỉnh lưu này được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ đến vài KW, nó thíchhợp với chỉnh lưu điện áp thấp vì sụt áp trên đường ra tải chỉ có một van Nhược điểm củamạch là bắt buộc phải có biến áp đổi số pha Hơn nữa một số thông số về độ đập mạch làkhông tốt

2.3.2) Chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển

Mạch chỉnh lưu gồm 4 van Đ1 – Đ4 đấu thành hai nhóm Đ1Đ3 nhóm catot chung và Đ2Đ4

nhóm anot chung Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van có thể lấy trực tiếp từ lưới điệnhoặc thông qua biến áp

Trong nửa chu kì đầu: 0 – π, điện áp u2 > 0 với cực tính không trong ngoặc trên sơ đồ Tathấy với nhóm catot chung Đ1Đ3 thì anot Đ1 là dương hơn anot Đ3 vì vậy Đ1 sẽ dẫn Còn ởnhóm Đ2Đ4 thì catot Đ2 âm hơn catot Đ4 vì vậy Đ2 dẫn

Như vậy với nửa chu kì đầu Đ1Đ2 dẫn Trong nửa chu kì sau ( π-2π) điện áp u2 < 0 với cựctính đảo lại ( trong dấu ngoặc ), lý luận tương tự ta thấy điot Đ3 Đ4 dẫn còn điot Đ1Đ2

khóa

Hình 2 6: Sơ đồ và đồ thị mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

Sơ đồ mạch Đồ thị

Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng khá rộng rãi trong thực tế, nhất là với điện áp trên

10 V, dòng tải có thể đến một trăm ampe Ưu điểm của mạch là có thể không cần biến áp.Nhược điểm của nó là có hai điot tham gia dẫn dòng: điot nhóm lẻ dẫn dòng tải, điotnhóm chẵn dẫn dòng từ tải về nguồn Như vậy sẽ có sụt áp do hai điot gây ra, chính lý donày làm mạch cầu không thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp dưới 10V khi dòng tải lớn

2.3.3: Phân tích mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn ( yêu cầu của bài toán) với các tải khác nhau

Hình 2 7: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn

a) Tải thuần trở b) Tải trở cảm

Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha thyristor cho trên (hình 2.8) với hai loại tải đặc trưng là tảithuần trở và tải trở cảm

Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử cho trên hình với điện cảm tải vô cùng lớn Cóthể thấy dạng điện áp chỉnh lưu và dạng dòng qua các van giống hoàn toàn như ở hình tia

1 pha

Điểm khác biệt chủ yếu giữa hai sơ đồ là dạng điện áp trên van Xét sơ đồ (hình 2.7), ví

dụ đối với van T1, có thể thấy rằng nếu T3 dẫn thì điện áp trên T1 bằng T2 Như vậy vớitải trở cảm khi các van thay nhau dẫn trong mỗi nửa chu kì thì điện áp trên van chỉ là U2

Với tải thuần trở, trong khoảng 0 < < α và π < < π+α không có van nào dẫn cả Khi đóphải giả thiết rằng nếu van không dẫn thì điện trở tương đương giữa anot-catot có giá trịlớn nhất nhưng hữu hạn và bằng nhau Khi đó ta thấy van T1, T3 và T2, T4 như các điệntrở nối tiếp nhau nằm dưới điện áp U2, do đó trên mỗi van sẽ có điện áp bằng một nửaU2

Hình 2 8: Dạng dòng điện, điện áp của sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha thyristor

a) Tải thuần trở b) Tải trở cảm

• Với tải thuần trở R (R=2Ω)

Hình 2 9: Mạch lực chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển, tải thuần trở có góc điều

• Với tải RL, góc mở 30°, giá trị L = 6mH, R=2Ω, chế độ dòng liên tục

Hình 2 11: Mạch lực chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển, tải trở cảm

Hình 2 12: Đồ thị mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển, tải trở cảm, liên tụcVới L=0,6mH, R =2Ω chế độ dòng trên trai gián đoạn

Hình 2 13: Đồ thị mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển, tải trở cảm, dòng gián đoạn

2.4: Kết luận chương 2

• Trong chương 2 ta đã tiến hành phân tích một số mạch chỉnh lưu cơ bản

• Từ các mạch phân tích ở trên và yêu cầu của đề tài ta lựa chọn mạch chỉnh lưu cầumột pha điều khiển hoàn toàn là bộ chỉnh lưu ta cần thiết kế

• Trong chương 3 ta sẽ tiến hành tính toán, lựa chọn các van mạch lực cho bộ biếnđổi đã lựa chọn

Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch lực

Từ yêu cầu bài toán: Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn,nguồn một pha 220V, tần số 50Hz, công suất lò P = 1.8kW, dòng điện định mức Idm = 247(A)

3.1 Giới thiệu chung về mạch lực

Mạch lực gồm các khối cơ bản sau:

a Biến áp lực (BAL):

- Biến điện áp xoay chiều có biên độ cần thiết với điện áp phù hợp của tải

- Ngoài ra còn làm nhiệm vụ cách ly giữa nguồn chỉnh lưu (CL) với lưới điện xoay chiều

b Chỉnh lưu điều khiển (CLĐK): có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều một pha thànhđiện áp một chiều có biên độ phù hợp với tải

c Khâu lọc: gồm điện kháng L và tụ điện C tác dụng san phẳng điện áp ra của khâuCLĐK (vốn có biên độ điện áp nhấp nhô) thành điện áp một chiều phẳng phù hợp với yêucầu của tải Khâu lọc phải thiết kế sao cho tiêu thụ công suất nhỏ nhất

d Khâu phản hồi điện áp: Lấy một phần nhỏ điện áp tải đưa trở về mạch điều khiển để ổn

áp Muốn vậy thì điện áp phản hồi về phải là phản hồi âm

Hình 3 1: Sơ đồ mạch lựcPhân tích các phần tử trong mạch:

• Nguồn 1 pha cung cấp điện áp cho cầu chỉnh lưu

• Van lực: 4 van thyristor được đấu thành 2 nhóm chẵn và lẻ Các van T1 T3 đấuchung Katot, các van chẵn T2 T4 được đấu Anot chung Cực G lấy tín hiệu điềukhiển góc mở van ở mạch điều khiển Trong 1 chu kì dẫn mỗi nhóm van sẽ có 1van dẫn

• Phần tử bảo vệ RC: bảo vệ quá áp nguồn khi ngắt biến áp

• Tải RL: Tải có tính cảm lớn, dòng điện ở chế độ liên tục

• Ukt, Ikt: điện áp và dòng điện ra tải

3.2 Tính toán lựa chọn các phần tử trong mạch

3.2.1 Tính chọn van mạch lực

Thông số cần quan tâm khi chọn van là điện áp và dòng điện , nên chọn các van có càng

bé càng tốt , dòng điện rò trên van càng nhỏ càng tốt , nhiệt độ cho phép càng lớn càng tốt,công suất điều khiển càng bé càng tốt ,…

Điện áp ngược trên van được tính: