Đồ án điên tử công suất

Cùng với sự tiến bộ của khoa học và Công nghệ,các thiết bị điện tử đã đang và sẽ tiếp tụcđược ứng dụng rộng rãi và mang hiệu quả cao trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và công nghêthôn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng KH-KT nói chung và trong lĩnh vực Điện– Tự động hoá nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi cùng ngày

Cùng với sự tiến bộ của khoa học và Công nghệ,các thiết bị điện tử đã đang và sẽ tiếp tụcđược ứng dụng rộng rãi và mang hiệu quả cao trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và công nghêthông tin cũng như trong đời sống xã hội

Công nghiệp ngày càng phát triển,lượng bụi thải ra ngày càng nhiều thì vấn đề bảo vệ sứckhoẻ con người,bảo vệ môi trường càng đặc biệt được quan tâm.Lọc bụi trong công nghiệp làmột trong những vấn đề cần thiết và bắt buộc

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện là thiết bị thu bụi tiến tiến nhất hiện này và được sử dụng rấtnhiều trong các ngành công nghiệp nặng như : Luyện kim,Khai khoáng,công nghiệp hoá chất…

Sau khi học tập và rèn luyện chúng em được phân đề tài : “Thiết kế hệ thống lọc bụi

tĩnh điện ” Qua thời gian tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo : Đỗ Mạnh Cường cùng các thầy cô trong Viện Điện,bản đồ án của chúng em đã hoàn thành.

Do trình độ hạn chế và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi nhiều sai sót,rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo

Em xin cảm ơn!

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ LỌC BỤI

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ LỌC BỤI:

Nền khoa học công nghiệp ngày càng phát triển vượt bậc, kéo theo là sự phát triển không ngừng của các nhà máy xí nghiệp dần đáp ứng được nhu cầu của con người về mọi mặt Nhưng mặt trái của nó là kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng Ở Việt Nam tại những vùng tập trung nhiều khu công nghiệp tình trạng khói bụi, khí độc hại thải ra môi trường gây ô nhiễm là rất đáng lo ngại Do đó việc trang bị các hệ thống xử lý bụi cho các nhà máy xí nghiệp là thực sự cần thiết và có vai trò ngày càng quan trọng

Khi thiết kế hệ thống lọc bụi vấn đề đặt ra đối với các nhà máy là chọn hệ thống lọc bụi nào cho phù hợp với nhà máy của mình, trong số rất nhiều phương pháp lọc bụi hiện nay Các phương pháp lọc bụi thường được xử dụng hiện nay là:

• Lọc bụi kiểu buồng lắng bụi

• Lọc bụi kiểu ly tâm-xiclon

• Lọc bụi kiểu quán tính

• Lọc bụi bằng lưới lọc, vải,thép, giấy,…

• Lọc bụi tĩnh điện

Trong đó phương pháp lọc bụi tĩnh điện là phương pháp tương đối hiệu quả đối với cácnhà máy công nghiệp có một lượng bụi lớn như nhà máy xi măng, nhà máy sản xuất phân bónhóa học, công nghiệp gốm,…Nó có các ưu điểm cơ bản như: hiệu suất thu bụi cao, chi phí nănglượng thấp, có thể làm việc với áp xuất chân không hoặc áp suất cao và đặc biệt là nó có thể điềukhiển và tự động hóa hoàn toàn

1.2 PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN:

Các ion khí được tạo ra chủ yếu trong vùng quầng sáng Dưới tác dụng của lực điệntrường các ion sẽ chuyển động về phía các điện cực trái dấu với chúng Các ion dương chuyểndịch về phía điện cực âm (điện cực quầng sáng) Các ion âm chuyển dịch về phía điện cực dương( điện cực lắng) Sự chuyển dịch dòng các ion về phía các điện cực trái dấu tạo ra dòng điện.Dòng điện này được gọi là dòng điện quầng sáng Khi thổi khí thải có chứa bụi bẩn qua khônggian giữa hai điện cực thì các ion sẽ bám dính trên bề mặt của các hạt bụi và các hạt bụi trở lênmang điện tích Khi đến các điện cực các hạt bụi bị hút và lắng lại trên bề mặt các điện cực.Lượng bụi được lắng chủ yếu trên bề mặt các điện cực lắng Trên bề mặt điện cực quầng sángcũng có bụi lắng lại nhưng lượng bụi này nhỏ không đáng kể so với lượng bụi lắng lại ở điện cựclắng Theo mức độ tích tụ bụi trên bề mặt điện cực người ta định kỳ rung lắc điện cực hoặc xốinước rửa điện cực và thu lấy bụi

Với công nghệ lọc bụi này khi thiết kế ta gặp phải một số ván đề sau:

+) Điện áp trên cao áp lọc rất cao là 80kV.Với điện áp cao này ta sẽ rất khó chọn van dẫn đến giáthành của hệ thống sẽ rất cao

+) Trong quá trình lọc do lượng khí giữa hai bản cực khi ion hóa tạo thành dòng điện lên hệthống rất hay bị ngắn mạch Vì vậy ta phải thiết kế một hệ thống chống ngắn mạch và tự độngđóng mạch vào điện áp làm việc sau khi kết thúc phóng điện Điện áp của thiết bị lọc bụi phảiđược tăng dần ổn định để đảm bảo cho lượng bụi được hút ổn định và tránh sự phóng điện khôngkiểm soát được giữa các bản cực

Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lọc bụi tĩnh điện

1.3 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN

được đưa vào máy biến áp Bên thứ cấp máy biến áp được nối với bộ chỉnh lưu không điềukhiển dùng Điốt

• Phương án 2: Điện áp từ lưới điện ba pha được đưa trực tiếp vào sơ cấp máy biến áp 3 pha

loại tự ngẫu Bên thứ cấp máy biến áp được nối với bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristo

1. Phõn tớch phương ỏn 1

Ta có sơ đồ khối của phương án:

Hỡnh 2: Sơ đồ khối của phương an 1

* Phân tích u nhợc điểm

- Ưu điểm:

Do điện áp vào bộ điều áp nhỏ 380V nên điên áp ngược đặt lên Tiristo cũng nhỏ nên dễchọn van

Do yêu cầu dòng tải nhỏ nên dòng qua điốt cũng nhỏ rất thuận tiện và dễ dàng chọn điốt

Tuy sau khâu điều áp thì điện áp là không sin nhưng nhờ máy biến áp có tính chất lọc các

điều hòa bậc cao Do vậy mà sau khi qua khâu điều áp và máy biến áp thì điện áp làmviệc ổn định tốt cho hệ thống cực lọc

Do bên sơ cấp máy biến áp có điện áp cao nên số lượng điốt trong bộ chỉnh lưu là nhiều

Rõ ràng so với phương án 2 dùng chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristo thì rất lợi về mặt kinh

tế do giá thành Tiristo đắt hơn so với Điốt

- Nhược điểm:

Do dùng cả hai khâu điều áp và chỉnh lưu nên cần dùng nhiều van

Vấn đề điều khiển Tiristo trong khâu điều áp là phức tạp vì cùng một lúc phải kích

mở hai Tiristo ở hai pha khác nhau

1. So với phương án 1 thì giảm bớt khâu điều áp xoay chieu hệ thống bớt cồng kềnh

2. Do yêu cầu dòng tải nhỏ nên dòng qua van cũng nhỏ nên dễ chọn van

CHƯƠNG 2:TÍNH CHỌN MẠCH LỰC

Sơ đồ mạch động lực:

Hình 4: Sơ đồ mạch động lực

Các tham số yêu cầu:

Phương án Điện áp lưới (V-AC) Cao áp lọc (KV-DC) Dòng làm viêc

c. Hoạt động

Các thyristor được điều khiển với góc điều khiển là α Điện áp đưa vào là điện áp hìnhsin có U=400V Sau khi qua bộ XAAC sẽ được giảm xuống mức cần thiết để điều chỉnh ổn địnhđiện áp làm việc

Dạng điện áp ra của bộ điều áp phụ thuộc vào tải của nó và góc mở thyristor:

 Xét tải thuần trở:

Hình 6: Đồ thị biểu diễn chế độ làm việc các van thyristor

-Khi α < θ < л : T1 mở , T2 khóa => Ut =Uxc

-Khi л < θ < л+α : T1 khóa, T2 chưa mở do chưa nhận được xung điều khiển nên T2 vẫn khóa => Ut =0

-Khi л+α < θ <2л :T1 khóa , T2 mở = > Ut =Uxc

Điện áp hiệu dụng trên tải sẽ là:

Nếu xung điều khiển là xung hẹp dòng điện trong một nửa chu kỳ sẽ kéo dài quá thời điểm л+α Do đó khi V2 nhận được tín hiệu điều khiển tại л+α thì V2 chưa thể mở rađược Điều này dẫn đến điện áp ra trên tải chỉ có trong 1 nửa chu kỳ và dòng có dạng đậpmạch 1 chiều.

Với góc điều khiển α>φ dòng tải sẽ có dạng gián đoạn và luôn bắt đầu từ 0 tại θ=α

Dòng tải sẽ tuân theo quy luật:

Điện áp hiệu dụng trên tải:

với λ được xác định từ phương trình:

- Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1==219 V

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Phương trình cân bằng khi có tải: Udocosαmin=Ud+2.∆Uv+∆Udn+∆Uba

Trong đó : αmin =100 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.

∆Uv – sụt áp trên van

∆Udn – sụt áp trên dây nối, ∆Udn =(ρ.l/S).Id

∆Uba= ∆Ur+ ∆Ux – sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp,nhưng đạilượng này khi chọn sơ bộ vào khoảng 5-10%.

Chọn sơ bộ : ∆Uba= 6% Ud

Ta có thể thấy rõ rằng: điện áp ra tải là rất lớn nên có thể bỏ qua sự sụt áp trên van

và trên dây nối.Vậy từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:

Ud0==== 77497,4V=77,497(kV)

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f = ==33.118(kV)

- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2=Id=0,816.Id=0,816.0.75=0.612(A)

- Hệ số máy biến áp : Kba = = = 151.22

- Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:

I1 =Kba.I2 =I2 = x 0.612 = 92,547(A)

- Công suất biểu kiến máy biến áp:

+)Công suất tối đa trên tải:

Pmax=3.UdoId=3.77497.0.75=174368,3(W)=174,368(kW) +)Công suất biểu kiến máy biến áp:

S=KS.Pmax=1,05.174368,3=183086,7(VA)=183,086(kVA)

3.3 Tính chọn Điốt

Unv = knv

Trong đó : U - điện áp tải (cao áp lọc)(kV)

Unv - điện áp ngược của van(kV)

Knv- hệ số điện áp ngược

Ku - hệ số điện áp tải

Do sơ đồ chỉnh lưu đã chọn là sơ đồ cầu ba pha nên:

knv = = 2,45

ku = = 2.34Điện áp làm việc của van:

KdtU - hệ sô dự trữ điện áp của van (chọn kdtU=2)Với điều kiện làm việc như trên thì van có thể làm viêc được tới 25% dòng định mức.Điều đó có nghĩa là:

Iđmv = ki.Ilv = 4.0,25 = 1(A)Trong đó: Iđmv – dòng điện định mức chảy qua van

Ki –hệ số dự trữ dòng điện(ki = 4, ứng với điều kiên làm mát đã chọn ởtrên)

Ilv – dòng điện làm việc của van = dòng trung bình qua van

Từ các thông số trên về van động lực như trên ta chọn Điốt DSF11060SG60 có các thông

số sau:

+) Dòng điện định mức của van: Idmv = 400 A+) Điện áp ngược cực đại dặt lên van: Ung van= 6000 V+) Độ sụt áp trên van: U = 1,5 V

+) Dòng điện dò: IR = 3 mA+) Nhiệt độ cho phép: T0cp = 1350 C

Do điện áp lớn nên ta phải ghép song song nhiều van lại với nhau đẻ chia bớt điện ápngược lên mỗi van với van đã chọn ở trên thì số van cần phải ghép song song với nhau là:

n = = 27,05 27 Van

 Tổng số điốt loại DSF1060SG60 là 27 6 = 162 van

Trong đó: Ulv – Điện áp làm cực đại của van

Ud – Điện áp dây của lưới điện

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 f = = = 33,118kV

Dòng điện thứ cấp máy biến áp : I2 = k2Id = 0,816 x 0.75 = 0.612 (A)

Dòng điện sơ cấp máy biến áp: I1 = Kba.I2 = 151,22 0,612 = 92,547 (A)

Với Kba =151,22

Dòng làm việc của van: Ilv = I1 / 2 = 92,547/2 =46,27 (A)

Chọn chế độ làm việc của van là dùng cánh tản nhiệt để có đủ bề mặt để tỏa nhiệt,có quạtgió đối lưu không khí.Với điều kiện làm mát như vậy thì dòng làm việc của van có thể đạt tới60% dòng định mức:

 Chọn KdtU= 2 => Ungmax = 2.Ulv = 2 537 = 1074 (V)

Với các giá trị trên của Idm và Ungmax ta chọn van ST2600C20R0 do hãng InternatinalRectifier sản xuất có các thông số sau:

+) Giá trị điện áp ngược cực đại đặt lên van Ungmax = 2000V

+) Dòng điện hiệu dụng chảy qua van I(RMS)= 4800 A

+) Dòng điện trung bình qua van IT(tb) = 2220 A

+) Nhiệt độ cho phép T0cp = 1250 C

+) Giá trị dòng điện đỉnh mà van có thể chịu được (trong khoảng thời gian ngắn mà sau đóphải ngắt ngay dòng ddienj này ) ứng với tần số f = 50Hz : IT(đỉnh) = 36800 A

+) Tốc độ tăng điện áp : = 500 V/

+) Tốc độ tăng trưởng dòng điện : = 150 A/

+) Giá trị dòng điều khiển: Idk = 400 mA

+) Giá trị điện áp điều khiển: Uđk = 4 V

+) Sụt áp trên áp trên van trong trạng thái dẫn: U = 1,45V

+) Điện áp nhiệt Rth(J-C)=0,01150 C/W

+) Loại vỏ : A -36 (R- Puk)

+)Thời gian chuyển mạch Tcm = 80 us

3.5 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực:

3.5.1 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn :

a) Tính toán cánh tản nhiệt cho Thyristor

Các thông số cần có ;

+) Diện tích tỏa nhiệt: STN =

Trong đó : – Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường

Với điều kiện khí hậu của Việt nam,ta chọn nhiệt độ môi trường : TMT = 400 C

Nhiệt độ làm việc cho phép là : T0cp = 1250C.Ta chọn nhiệt độ làm việc trên cánh tản nhiệtTlv = 1100 C

b) Tính toán cánh tản nhiệt cho Điốt

+) Tổn thất công suất trên một Điốt : P = U Ilv = 3,8 0,25= 0,95 W

+) Diện tích tỏa nhiệt

Nhiệt độ làm việc cho phép của van là : T0 cp = 1350.Chọn nhiệt độ môi trường là : 400C.Chọn nhiệt độ làm việc trên vỏ của van là 800 C

 = Tlv – TMT = 80 – 40 = 400 C

Chọn hệ số tỏa nhiệt đối lưu và bức xạ : km = 8 W/m2.oC

Vậy diện tích tỏa nhiệt của van là : STN = = 0,0029 m2

Chọn cánh tản nhiệt có 4 cánh,kích thước mỗi cánh là : a x b = 6 x 6 (cm x cm)

Vậy diện tích tản nhiệt của cánh là : STN = 4.2.6.6 = 288 cm2 = 0,288 m2

3.5.2: Bảo vệ quá dòng cho van bán dẫn :

Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực,tự động ngắt mạch khi quá tải và ngắn mạchTiristo,ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi(ngắn mạch sơ cấp máy biến áp)

• Chọn Aptomat

Dòng điện làm việc qua Aptomat : Ilv = I1 = 92,547 A

Dòng điện Aptomat cần chọn : Idm = 1,2 Ilv = 1,2 92,547 = 111,06 A

Có 3 tiếp điểm chính,có thể đóng cắt bằng tay hoặc nam châm điện

+) Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inm = 2,5 Ilv = 2,5 92,547 = 231,367 A

+) Dòng quá tải : Iqt = 1,5 92,547 = 138,82 A

3.5.3 Bảo vệ quá áp cho van :

Bảo vệ quá điện áp cho quá trình đóng cắt Tiristo được thực hiện bằng cách mắc songsong một mạch RC với Tiristo

Hình 8: Bảo vệ quá áp cho vanKhi có mạch R2 , C2 mắc song song với Tiristo tạo ra mạch vòng phóng điện tích trongquá trình chuyển mạch nên Tiristo không bị quá điện áp

Theo kinh nghiệm thì thường lấy R1 = 5 30 ; C1 = 0,25 4 µF

Vậy ta chọn : R1 = 5,1 ,C1 = 0,25 µF

+)Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch RC như sau :

Hình 9: Mạch lọc bảo vệ xung điện áp từ lưới điệnNhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở của dâyChọn R2 = 12,5 , C2 = 4 µF

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

4.1 Mạch biến áp xung :

Ta tính toán biến áp xung với các thông số của thysistor:

:

Hình 10: Mạch biến áp xung

Diện tích xung điều khiển: Sđk=E.tx=80(V.µs)

Từ đó ta chọn biến áp xung loại IT258 do hãng Schaffner chế tạo và có các thông số như sau:+Diện tích đặc trưng cho độ rộng xung V0.T=250 (V.µs)

+Thời gian tạo sườn trước xung đo được với điện trở tải RL tới 70% giá trị biên độ xung :tr=0.25 µs

+Điện trở tải phí thứ cập RL=10(Ω)

+Điện trở dây cuốn sơ cấp RP=0.6(Ω)

+Điện trở dây cuốn thứ cấp RS=0.7(Ω)

+Điện cảm cuộn sơ cấp tại 1KHz: LP=2.5(mH)

+Điện cảm tản phía sơ cấp tại 10KHz: LStr=3(mH)

+Tụ điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp: CK=80(pF)

+Điện áp thử lớn nhất cho phép: Up=3.2(kV)

+Tỷ số biến áp 1:1

+Giá trị điện áp lớn nhất cho phép (cách điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp): 750V

+Dòng sơ cấp máy biến áp xung: Il=IG+Iµ

Vì điện áp đặt lên cuộn dây biến áp xung có giá trị không đổi nên dòng điện từ hóa Iµ thay đổi tuyến tính theo thời gian:

iµ=(Ul.tx)/LP => iµmax=(Ul.tx)/LP

Ta phải có: U1=UGK+∆Ud= 3+1=4 (V)

Vậy iµmax=(4.40.10-6)/(2,5.10-3)=0,064 (A) => i1max=IG+Iµmax=0,3+0,064=0,364 (A)

Điện áp nguồn nuôi: Un=24V

Ta chọn điện trở hạn chế :R=(24-U1) / I1max = 20 / 0,364 = 55 (Ω)

Transistor T1 phải chọn loại có dòng Icmax>0,364 A

Với mức điện áp thấp thì dòng ra Q tại chân 14 và 15 của vi mạch TCA785 là IQ=2mA

Vậy hệ số khuếch đại dòng là β=0,364/(2.10-3)=182

4.2.Mạch tạo xung điều khiển thyristor

+Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng dần điện áp tải đếnđiện áp phóng điện

+Sơ đồ nguyên lý : sử dụng vi mạch TCA785

Hình 11: Khâu tạo xung điều khiển thyristorĐiện áp đồng bộ lấy là 12V

=> tỷ số biến đổi máy biến áp là =33,33~34 lần

Với vi mạch TCA785 ta sử dụng nguồn nuôi 15V đưa vào chân 16

Điện áp trên tụ V10= Vref.K/(R9.C10) =3,1.0,15 /(100.103.0,5.10-6) =9,3 (V)

4.3.Mạch tạo điện áp điều khiển U ĐK

+Nhiệm vụ: Tạo ra tín hiệu điều khiển Uđk tăng dần đến giá trị E nào đó để đưa vào chân

sô 11 của phần tử TCA785 so sánh với xung răng cưa tạo ra xung điều khiển ở chân 14,15 vớigóc α thay đổi nhỏ dần

+Sơ đồ nguyên lý mạch tạo tín hiệu điều khiển:

Hình 12: Mạch tạo tín hiệu điện áp điều khiểnĐiện áp yêu cầu vào chân 11 của TCA785 là V11= 13V

Chọn điode ổn áp Zenner DZ1 có giá trị điện áp ổn định 12V