Nghiên cứu công nghệ gia nhiệt bằng tần số. Thiết kế hệ thống điều khiển gia nhiệt bằng tần số cho vật thể chuyển động với tốc độ không đổi

Với môn học này sinh viên sẽ đợc trang bị một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức c

Lời nói đầu

Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một môn học đã đợc đa vào giảng dạy đối với sinh viên ngành điện tự động ở hầu khắp các trờng đại học

trên cả nớc Với môn học này sinh viên sẽ đợc trang bị một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu đợc sử dụng rộng rãi trong

công nghiệp, đồng thời các kiến thức cơ sở và chuyên ngành cũng đợc hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu điều này là rất cần thiết và hữu ích giúp cho sinh viên có thể có đợc những hình dung căn bản về các hệ thống dây chuyền công nghệtrong công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản xuất

Trong thiết kế môn học : “Nghiờn cứu cụng nghệ gia nhiệt bằng tần số Thiết kế hệthống điều khiển gia nhiệt bằng tần số cho vật thể chyển động với tốc độ khụng

đổi” này cũng không nằm ngoài mục đích trên Dới sự hớng dẫn của thầy giáo TS HOàNG XUÂN BìNH là chủ nhiệm bộ môn Điện Tự Động Công Nghiệp đồng

thời cũng là giáo viên phụ trách giảng dạy môn học Trang Bị Điện cùng các thầy côgiáo trong bộ môn với sự giúp đỡ của bạn bè và tài liệu em đã cố gắng hết sức để hoàn thành các nhiệm vụ đợc giao trong đề tài Không thể tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận đợc sự chỉ bảo tận tình và chu đáo của thầy cô cùngcác bạn Em xin chân thành cảm ơn!

Trong phạm vi đề tài này gồm có 3 nhiệm vụ chính cần hoàn thành bao gồm:

Chương 1: Nghiờn cứu tổng quan về gia nhiệt bằng tần số

Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển tần số nguồn

Chương 3: Lựa chọn phương ỏn truyền động kộo vật thể gia nhiệt

Chương 1: Gới thiệu về cụng nghệ gia nhiệt bằng tần số

1.1 Nguyờn lý làm việc của lũ tần số:là dựa vào hiện tượng cảm ứng điện

từ.khi đặt một khối kim loại trong một từ trường biến thiờnthỡ trong khối kim

Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 1

loại sẽ xuất hiện (cảm ứng) các dòng xoáy (dòng foucault) nhiệt năng của

dòng xoáy sẽ đốt nóng kim loại

1.2 Nhiệt năng truyền vào các khối kim lọai phụ thuộc vào các yếu tố

Đ iện trở suất và hệ số từ thẩm µ của kim loại

Cường độ từ trường H

Wnhiệt =H2 = I2Thực tế không thể tăng mãi dòng điện để tăng cường độ từ trường vì vậy đây

phải rất lớn và quá nóng,có thể nóng chảy (dù có nước làm mát)

Tần số dòng điện cảm ứng

Wnhiệt =Thực tế, thường dùng phương pháp này Do vậy lò cảm ứng còn gọi là lò tần số

và nguồn cấp cho lò là nguồn điện tần số cao

1.3 Nguồn điện cao tần có thể tạo ra bằng nhiều cách :

-Dùng máy phát điện tần số cao : do han chế về kích thước và số vòng quay nên

dải tần số của cá máy phát điện không quá 10kHz hiệu suất của các máy này có

thể đạt cỡ 70% đến 80% Do máy phát được chế tạo,với tần số công suất, điện

áp nhất định nên khi cần gia nhiệt với điện áp khác thấp hơn, cần có biến áp để

phối hợp tham số giữa nguồn cấp và phụ tải

-Dùng đèn phát điện tử : khi cần tần số lớn hơn 10kHz hiệu suất của đènphát

điện tử chỉ đạt 60% vì qua nhiều khâu biến đổi và tổn hao nhiệt lớn

-Dùng thyristor : còn bị hạn chế ở giải tần số cao và công suất lớn sử dụng tốt

ở các lò công suất nhỏ và trung bình

1.4 Ưu điểm của thiết bị gia nhiệt bằng tần số

- Có thể truyền năng lượng nhiệt cho vật cần gia công một cách nhanh chóng và

trực tiếp ,không phải thông qua khâu trung gian nên có thể tự động hoá ở mức

độ cao và có thể tiến hành gia nhiệt ở môi trường trung tính , chân không

-Có thể tôi bề mặt chi tiết(vỏ ngoài cứng, ruột trong mềm) một cách đơn giản

nhờ hiệu ứng mặt ngoài của dòng cao tần.vật tôi có thể có hình dạng bất kì

-Tăng được năng suất lao động , gảm được lao đông mệt nhọc

1.5 Ứng dụng của thiết bị gia nhiệt bằng tần số

- Nấu chảy kim loại trong không khí khí trơ và chân không

- Nung phôi để rèn dập ép

- Tôi, ram, ủ các chi tiết cơ khí

- Hàn

- Gia công nhiệt hoá

- Sấy nung, hàn các chất điện môi, bán dẫn(như : sấy gỗ, dán gỗ, sấy

khuôn đúc, sứ,sấy bột ,thóc giống, gạo, khử trùng trong đồ hộp, lưu hoá cao su,

hàn gián nhựa, ni lông… )

Việc gia nhiệt chất điện môi(sấy, nung… ) thực hiện nhờ điện trường E biến

thiên (một thành phần của trường điện từ ) Trong điện trường biến thiên, các

phân tử diện môi bị phân cực sự thay đổi hâóng phân cực thường chậm sau

theo sự thay đổi hướng của điện trường và cần một năng lượng năng lượng

nay lam nóng điện môi hoặc chất bán dẫn lên Tần số gia nhiệt điện môi tới

1kHz

1.6 Phân loại thiết bị gia nhiệt tần số

Có thể phân loại theo tần số làm việc hay phạm vi sử dụng

a) Theo tần số làm việc ta có:

- Thiết bị tần số công nghiệp lấy điện từ lướ hoặc qua máy biến áp

- Thiết bị trung tần với tần số làm việc 500 đến 600 Hz Thiết bị nàythường

dùng máy phát điện quay tần số cao hay dùng thyristor khi công suất nhỏ và

vừa

- Thiết bị cao tần với tần số làm việc trên 1000Hz, thường dùng các đèn phát

hoăc thyristor

b) Theo pham vi sử dụng có:

+thiết bị biến tần dùng để nấu chảy kim loại và hợp kim

Lò cảm ứng loại này phân ra hai loại (hình 1.1) là lò có lõi thép (lò máng hình

1.1a) và lò không có lõi thép (lò nồi hình 1.1b) Lò máng dung lượng nhỏ và

nhiệt độ thấp nên hay dùng để nấu chảy kim loại màu Lò nồi có dung lượng

nồi càng lớn thì tần số càng giảm (để nóng đều giữa nồi ).Dung lương nồi có

thể tới 10T, làm việc ở tần số 50Hz ,công suất 15000 kW

Hinh1.1 lò nấu chảy cảm ứng+Thiết bị nung phôi cho rèn, dập, cán phôi càng lớn thì tần số làm việc càng

nhỏ

+Thiết bi tôi bề mặt thường làm việc ở tần số cao.lớp tôi càng mỏng thì tần số

làm việc càng cao

+Thiết bị nung sấy chất diện môi và bán dẫn

2 Sự truyền năng lượng bằng tần số

Năng lượng được truyền đi từ nguồn điện (tần số), qua vòng cảm ứng ,

biến đổi thành năng lượng điện từ trường Trong vật thể gia nhiệt,điện năng

dòng xoáy được chuyển thành nhiệt năng

Khi truyền sâu vào trong kim loại, độ lớn của các vectơ E,H (hai thành

phần của trường điện từ)bị giảm dần và năng lượng trường điện từ cũng giảm

dần (theo độ sâu truyền Z) hình1.2 cho biết sự giảm của E,H theo Z

Độ sâu (theo chiều Z vuông góc với bề mặt gia nhiệt ), tính theo công thức

Sinh viên: Vũ Lê Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 3

= = 503 , [m] (2.1)

Gọi là đọ sâu thẩm thấu

Trong công thức 2.1 thì :

- Tần số góc

- hệ số từ thẩm tuyệt đối của kim loại: =

là hệ số từ thẩm tương đối của kim loại

điện đẫn suất của kim loại =

1

1 2 3 4 5 0,368

H/Ho E/Eo

Z

Z E

H

Hình 1.2 Sự suy giảm của E, H theo độ sâu Z

So 1cm^2

Hình 1.3 Vectơ poiting

Ở độ sâu Z = thì biên đô E,H chỉ còn 3,68 % so với bề mặt ngoài của kim loại.

Nếu chỉ biểu thị dòng năng lượng (W) chảy qua một đơn vị diện tích (cm2)vuông góc với phương truyền sóng điện từ bằng vectơ gọi là vectơ poiting hình 1.3 thì độ dài (môdun) vectơ này sẽ giảm khi vào sâu trong kim loại

Tần số dòng gia nhiệt phù hợp được chọn theo bề dày tấm tôi Nói chung tăng

(lớp tấm tôi dày) thì tần số càng giảm

Với lớp tấm tôi <10 mm, tần số gia nhiệt tối ưu là

CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI TẦN SỐ NGUỒN

phép mật độ dòng điện lên tới 50-70A/mm2 Dây dẫn làm vòng cảm ứng có thể

rỗng vì dòng cao tần chỉ phân bố ở ngoài dây.trong dải radio thường dùng ống dây 1-5 mm

2.2 Tụ điện

Tụ điện dùng trong các sơ đồ của thiêt bị gia nhiệt tần số nhằm làm chức năng

phân ly dòng một chiều hoặc bù cos

Các tụ này phải là tụ chịu điện áp cao tới hàng ngàn vôn và chịu tần số cao (tới

10kHz) tùy theo thiết bị gia nhiệt

2.3 Các côngtắctơ

Trong các thiết bị gia nhiệt tần số cao côngtắctơ được lựa chọn là côngtắctơ cao tần 2 cực chịu điện áp 1600V và tần số từ 500-10000 Hz Ở mỗi cực có hai tiếpđiểm: tiếp điểm chính (tiếp điểm làm việc) và tiếp điểm dập hồ quang Tiếp điểm dập hồ quang đặt trong buồng dập hồ quang và có lưới , có cuộn dây phụ để thổi từtrường Mỗi cặp tiếp điểm được nối song song với nhau Khi đóng tiếp điểm dập

hồ quang đóng trước rồi đến tiếp điểm chính Khi ngắt ngược lại: tiếp điểm chính

mở trước rồi đến tiếp điểm dập hồ quang

2.4 Dây dẫn cao tần

Đặc trưng của dây dẫn cao tần là có cảm kháng đặc biệt lớn do hiệu ứng bề mặt, hỗcảm và chúng phụ thuộc vào tần số Dây dẫn cao tần trong thiết bị gia nhiệt bằng tần số thường là thanh cái phẳng, ống rống có nước làm mát,cáp đồng trục cao tần hay cáp ruột, nhiều ruột thông thường

Cáp đồng trục có trở kháng và cảm kháng nhỏ so với các loại dây dẫn khác nhưng

nó có cấu tạo phức tap và tốn vật liệu hơn

Hiện nay đó cú những cỏp lực cao tần đặc biệt chịu dũng tới 500A, tần số 10kHz

Phần chỉnh l u bao gồm biến áp chỉnh l u v bộ chỉnh l u điều khiển - ưu ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

chỉnh l u cưu ầu thyristor Biến áp chỉnh l u l máy biến áp lực thông th ờng ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

v đ ợc đấu sao/tam μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu giỏc Mục đích của kiểu dấu nhằm loại trừ sóng h i bên μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

thứ cấp,không cho qua chỉnh l u v tiêu tám th nh phần n y bên sơ cấp ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

nhằm tránh dòng điện v o l ới Chỉnh l u μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu ưu cầu dùng các thyristor công suất

đ ợc nối theo sơ đồ cầu Sơ đồ cầu có u điểm cho ra điện áp một chiều sau ưu ưu

chỉnh l u chất l ọng cao v khả năng cho ra điện áp lớn khi dùng cùng một ưu ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

loại van nh các chỉnh l u khác.ưu ưu

Phần mạch nghịch l u:ưu

Mạch nghịch l u ta dùng sơ đồ nghịch l u cầu sử dụng phần tửưu ưu

đóng cắt l IGBT công suất μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Ngo i các phần trên còn có các mạch lọc ,các mạch lọc n y có tác dụngμ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

bảo vệ bộ nghịch l u v bộ chỉnh l u, lọc xung điện tần số lớn cho nguồnưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

cung cấp Các mạch lọc bao gồm:

+ Mạch lọc tránh xung điện áp cao từ l ới: đó l mạch lọc RC đ ợc mắc ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

ngay sau máy biến áp lực, mạch n y có tác dụng lọc những xung điện áp cao từμ bộ chỉnh lưu điều khiển -

l ới sau khi đi qua máy biến áp Nhờ có mạch n y m xung điện áp đ ợc ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

giảm đáng kể tr ớc khi đi v o mạch chỉnh l u.ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

+ Mạch lọc của bộ nghịch l u: Bao gồm mạch lọc tr ớc v sau ưu ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - nghịch l u ưu

Các mạch n y có tác dụng lọc ra th nh phần điện áp cơ bản cung cấp cho tải μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

v ngăn không cho th nh phần sóng h i sang phần điện áp một chiều.μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Thiết bị bảo vệ v đóng cắt mạch l Aptomat bên sơ cấp v cầu chì bênμ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Đõy là thụng số của một lũ nấu thộp

2.5.2.1 Sử dụng mạch cầu 3 pha đối xứng sử dụng 6 thysistor

Điện ỏp pha thứ cấp mỏy biến ỏp la:

U2a

= 2 sin

U2b

= 2 sin( -2 / 3)Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 7

3 )

6 sin(

2

6 5

6

U d

2.2.2 Tính toán điện áp chịu đựng yêu cầu của IGBT:

Điện áp đầu ra lớn nhất của bộ nghịch l u:−u

Umax = 220 V

Điện áp trên l điện áp dây hiệu dụng của bộ nghịch l u μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

Điện áp một chiều yêu cầu cung cấp cho đầu v o của bộ nghịch l u:μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

Umax = E= 220 V

Đặc điểm đóng cắt của các van bán dẫn trong chế độ nghịch l u l không phảiưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

chịu điện áp ng ợc đặt lên van, do vậy quá trình chọn van có thể chọn hưu ệ số an

to n về áp thấp hơn khi chọn hệ số an to n về áp khi chọn van cho chỉnh l u μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

thyristror Bên cạnh đó, do ta có các mạch lọc cao tần LC nên ít xảy ra

hiệnt ợng quá áp trên van do xung áp.ưu

Chọn hệ số an to n về áp của van bán dẫn l 1,5 Do vậy ta có điện áp chịu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

đựng yêu cầu của van bán dẫn có giá trị bằng:

U = 1,5.220 = 330 V

2.2.3 Tính toán dòng điện cần thiết để chọn IGBT

Dòng điện trong chế độ l m việc:μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Iv = 15000/220 =68,18 AChọn ph ơng pháp l m mát bằng đối l u c ỡng bức, dùng quạt gió.ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu ưu

Chọn hệ số dự trữ dòng điện l :μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Chọn ph ơng pháp l m mát bằng đối l u c ỡng bức, dùng quạt gió.ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu ưu

Chọn van bán dẫn l m nhiệm vụ đóng cắt:μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Với công nghệ sản suất bán dẫn ng y nay thì dải công suất trên các vanμ bộ chỉnh lưu điều khiển -

bán dẫn có thể đ ợc tích hợp trên một phần tử Do đó ta chọn sáu van đ ợc ưu ưu

tích

hợp trên một phần tử

Chọn van transistor:APGS50X170TE3

Hình 3.11 : Sơ đồ nối điện v hình dạng của APGS50X170E3μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Thông số của van APGS50X170TE3:

+ Loại van: Cầu

+ Hãng sản suất: Advanced Power Technology Europe

+ Điện áp ng ợc cực đại: UCES = 1700 Vưu

+ Dòng điện chế độ dẫn liên tục: IC = 300 A

+ Nhiệt độ vận h nh thông th ờng: TC = 800Cμ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 9

+ Tần số đóng cắt tối đa: fmax = 20 kHz

Bảng : Thông số kĩ thuật van

đại

ĐơnvịĐiện ỏp đỏnh thủng colecter-

Emiter

Dũng điệncolecter khidẫn liờn tục

Dũngcolectertrong chế

độ đúng cắt

Cụng suấtnhiệt cực đạicho phộp trờnvỏ

Dũng đi ốtngược

(125oc)

UGE = 15 V

IC= 250 A

U F Điện ỏp rơi trờn

diode khi thụng

T J =125 O C 4

Hinh3.12 : hỡnh dạng và khớch thước của:APGS50X170TE3

2.2.4 Tính toán l m mát cho van μm mát cho van

Ph ơng pháp l m mát phổ biến hiện nay l l m mát đùng cánh tản nhiệt.ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Diện tích cánh tản nhiệt có thể tính gần đúng theo công thức:

trong đó:

+ Sm : diện tích cánh tản nhiệt, cm2

+ : tổn thất công suất trên van, W

+ : Độ chênh lệch nhiệt độ của van so với môi tr ờng,ưu

= Tlv - Tmt

+ km : hệ số khi xem xét đến môi tr ờng l m việc, chọn km =8.10-4ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Tổn thất công suất trên van bán dẫn khi l m việc bình th ờng:μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

Chọn nhiệt độ l m việc của van l : Tμ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - LV = 800C

Chọn nhiệt độ của môi tr ờng l : Tưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển - MT = 400C

Diện tích cánh tản nhiệt yêu cầu:

Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 11

= 4 6818 , 125 2

) 40 80 ( 10 8

18 , 218

cm





Chọn tản nhiệt có 15 cánh, kích th ớc mỗi cánh:ưu

h.b = 15.10 cm2

Nh vậy diện tích của to n bộ tản nhiệt:ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

STN = 23.2.115.10 = 6900cm2

Hình 3.13 : Hình dạng cánh tản nhiệt

Do cánh tản nhiệt thoả mãn điều kiện l m mát bằng đối l u tự nhiên vμ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

bức xạ nhiệt, nên không cần l m mát c ỡng bức.μ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

2.2.5 Chọn thysistor chỉnh l u v tụ lọc nguồn ưu vμ tụ lọc nguồn μm mát cho van

a Chọn thysistor chỉnh l u ưu vμ tụ lọc nguồn

Ta dùng cầu chỉnh lưu bỏn điều khiển

Thông số để lựa chọn:

+ Điện áp ra của chỉnh l u: Ud = 220 Vưu

+ Dòng điện đầu ra của chỉnh l u: Id = 15000/220 = 68,18 Aưu

3 )

6 sin(

2

6 5

6

U d

Điện áp ng ợc để chọn thysistor có giá trị:ưu

Unv = kdtu.Ung max = 1,8.244,95 = 440,91 V

Trong đó Kdtu l hệ số dự trữ điện áp, chọn Kdtu = 1,8.μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Chọn hệ số dụ trữ dòng điện Kdti = 1,8

dòng điện để chọn van:

 Dòng điện rò Ith = 10μ bộ chỉnh lưu điều khiển - A

 Nhiệt độ cho phép l m việc Tcp = 200μ bộ chỉnh lưu điều khiển - 0C

 Iđk = 0,15 A, Uđk = 3 V

 Thời gian mở Thyristor : tm = 80 s

 Độ rộng xung điều khiển: tx = 167 s tơng đơng 30 diện

 Tần số xung điều khiển : fx = 3 kHz

 -Độ mất đối xứng cho phép :   = 40



b Chọn tụ lọc nguồn

Điện áp của nguồn cung cấp cho mạch nghịch l u có giá trị bằng điện áp trên ưu

tụ Tiến h nh phân tích quá trình hoạt động của tụ ta thấy gồm có hai quá trình μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

nạp v phóng Khi điện áp xoay chiều tăng thì song song với nó l quá trình μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

nạp tụ, khi điện áp nguồn xoay chiều giảm thì song song với nó l quá trình μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

phóng điện của tụ Các dạng điện áp đ ợc mô tả trong hình vẽ (hình 3.12).ưu

Để thấy đ ợc quá trình nạp phóng của tụ ta xét một quá trình nạp phóngcủa tụ.ưu

Để tính điện dung cần thiết của tụ ta chỉ xét quá trình phóng của tụ Quá trình

phóng của tụ diễn ra trong khoảng thời gian τ Điện áp cực đại trên tụ coi nhưu

bằng điện áp cực đại của nguồn cấp Ph ơng trình điện áp trên tụ trong ưu

quátrình phóng điện:

Trong công thức trên:

+ uC : điện áp trên hai bản cực của tụ

+ U0 : điện áp cực đại của nguồn ba pha, có giá trị bằng điện áp dây của nhuồn

ba pha

+ Tp : hằng số thời gian phóng điện của tụ

Quá trình phóng của tụ kết thúc khi đ ờng đặc tính nạp của tụ giao với đ ờng ưu ưu

điện áp dây tiếp theo trên đồ thị

Dao động điện áp 5% t ơng đ ơng với điện áp cực đại v cực tiểu chênh lêchưu ưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

nhau l 10% Điện áp cực đại l U0 l biên độ của điện áp dây Điện áp cực μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển - μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 13

tiểu l điện áp trên hai cực tụ khi kết thúc quá trình phóng Điện áp sau khi kết μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

thúc quá trình phóng có giá trị:

Trong đó l thời gian phóng của tụ.μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

Hai đ ờng điện áp trong hai quá trình nạp, phóng liên tiếp của tụ lệchưu

nhau / 3 Theo trên ta có Umin = 90%.U0 hay:

Từ đó ta có:

Tính khoảng thời gian phóng điện của tụ điện:

Ta có Umin =0,9U0 hay U0sin( (t + )+ /3) = 0,9U0

Từ đó ta có:

Khi tụ bắt đầu phóng điện thị điện áp đang xét có giá trị bằng U0, điều đó

t ơng đ ơng với:ưu ưu

C=R/R/T P2=3,23/55,562=1046.10  6F

Ta thấy rằng điện dung yêu cầu để lọc nguồn của bộ nghịch l u l kháưu μ bộ chỉnh lưu điều khiển -

lớn Bên cạnh đó điện áp đầu ra cũng lớn nên giá th nh của bộ chỉnh l uμ bộ chỉnh lưu điều khiển - ưu

cũng t ơng đối cao.ưu

2.2.6 Tính toán máy biến áp lực cho chỉnh lu

Máy biến áp công suất cỡ chục kVA thuộc loại MBA công suất nhỏ, sụt áp trên

điện trở tơng đối lớn, khoảng 4% , sụt áp trên điện kháng ít hơn cỡ 1,5% Điện ápsụt trên hai van nối tiếp khoảng 2 V do đó ta có điện áp chỉnh lu lúc không tải sẽ là: Ud0 = 220.1,055 + 2 = 234,1 V

Trị số hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp MBA :

U2 = 100V

Tỷ số biến áp :

45 , 0 220

100 1

+ Dòng điện các cuộn dây:

- Trị số hiệu dụng dòng điện của cuộn thứ cấp:

Công suất của MBA : S = 3.220.25,05 = 16533 W

Ta tiến hành chọn máy biến áp với các thông số trên

2.2.6.1 Tính toán mạch từ MBA

Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức:

f c

S K

16553

tổn hao p=1,3 w/kg Bề dày lá tôn silic  310 : 0,35(mm)

a-Tính toán chiều cao sơ bộ của trụ :

Dựa vào công thức kinh nghiệm:

+ Thq : Tiết diện hiệu quả Thq=Q

+  : là hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của biến

áp, thờng bằng 1,151,35.Ta chọn =1,2

- Suy ra :

) ( 76 2

, 1

14 , 3

661 4 14 ,

2.2.6.2.Tính toán phần dây quấn

* Tính toán dây quấn :

-Số vòng cuộn sơ cấp : W14,44.Uf1.Qfe.B

trong đó : Qfe là tiết diện trụ Qfe = 661 cm

với : c là số trụ MBA

Kq là hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát

Chọn loại tôn có B = 1,5 T

10 5 , 1 61 , 6 50 44 ,

đờng kính dây sơ cấp : d1  4 S1 /   4 16 , 7 /   4 , 6mm

-Tiết diện dây thứ cấp :

mm S

d

mm J

I Scu

9 , 6 / 11 , 37 4 /

2 4 2

11 , 37 5 , 1 67 , 55 /

Vậy số lớp cuộn dây sơ cấp : N1 = W1/Wl1 =1000/165  7 lớp

Số lớp cuộn dây thứ cấp : N2 = W2/Wl2 = 454/110  5 lớp

2.2.6.3 Các phần tử bảo vệ trong mạch lực

Các phần tử bảo vệ bao gồm:

 Mạch RfCf bảo vệ phía đầu vào chỉnh lu

 Các mạch R1C1, R2C2 R6C6 mắc song song với van bảo vệ tốc độ tăng

điện áp du/dt

 Các cầu chì CC bảo vệ ngắn mạch trong sơ đồ van

ngắn mạch máy biến áp

a) Mạch bảo vệ phía đầu vào chỉnh lu

Mạch R f C f bảo vệ quá áp sinh ra khi máy biến áp bị cắt khỏi lới Tụ C f đợc tính

Trong đó:

- m là số pha (trong trờng hợp đang xét m = 3); I 02 giá trị hiệu dụng dòng từ

hoá MBA, quy đổi về phía thứ cấp Giá trị này của dòng điện đợc lấy trong

khoảng 3 – 7% dòng hiệu dụng I 2 ; Chọn I 02 = 5%I2

a là hệ số chỉ ra tỷ số giữa giá trị biên độ của điện áp chỉnh lu so với giá trị hiệu

-  1  2  f tần số góc; K=U V,max /U ng,max ,

U V,max là điện áp lớn nhất mà van đã lựa chọn có thể chịu đựng đợc

U ng,max giá trị điện áp ngợc lớn nhất trên sơ đồ mà van phải chịu đợc

(U V,max = 244,95 V,U ng,max =440,91 V)

Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 17

Suy ra C F 6F

2 19 , 8 10 )

1 8 , 1 (

100 6 50 2

67 , 55 05 0

L

U X

A

6 2

79 , 111 50 2

100

Hình Chuyển mạch giữa hai tiristo

Quá trình chuyển mạch giữa các van xảy ra, ví dụ giữa V1 và V3, theo sơ đồ

t-ơng đt-ơng trên hình 1 Giả sử V1 đang khoá lại, còn V3 mở ra Giả thiết quá

trình chuyển mạch xảy ra với i d = I d = const Chuyển mạch xảy ra dới tác dụng

của giá trị biên độ điện áp dây Uk Um2dây  6U2 Đây đợc coi là chế độ nặng

Khi V1 khoá lại, do điện áp trên tụ C1 không thể thay đổi đột biến đợc nên điện

áp trên van V1 sẽ là điện áp rơi trên điện trở R1

100 6 )

500 100 6

142 )

(

6

6 max

L

Tụ điện C đợc chọn sao cho mạch vòng 2L a -R-C không dao động Muốn vậy

quan hệ giữa ba thành phần phải thoả mãn điều kiện:

2 2 a/ 8 a/

Theo trên có thể chọn C > 8.142/350 = 3,24 F.

Vậy chọn R = 350 và C = 3,3F.

c Bảo vệ quá dòng điện cho van:

+ Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng mạch khi quá tải và ngắnmạch tiristo, ngắn mạch đầu ra độ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp ngắnmạch ở chế độ nghịch lu

+ Chọn 1 apomat có:

Dòng điện làm việc chạy qua Aptomat:

) ( 12 , 25 380 3

16533 380

Chọn cầu dao có dòng định mức Iqt = 1,1 Ilv = 1,1 25,12 = 27(A)

+ Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sữa chữa hệ thống truyền động vàdùng để đóng, cắt nguồn chỉnh lu khi khoảng cách đến nguồn cấp tới bộ chỉnh lu

đáng kể

+ Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Thyristo, ngắn mạch

đầu ra của bộ chỉnh lu

Nhóm 1cc:

Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc:

Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 19

Đồng bộ vàtạo áp răng

2.3 Tính toán mạch điều khiờ̉n chỉnh lưu.

*sơ đồ khối của mạch điều khiển :

- Khâu đồng bộ và tạo điện áp răng ca: Nhiệm vụ tạo điện áp răng ca trùng pha

với áp anốt của Thyristor

- Khâu so sánh : Đầu vào có hai tính hiệu là áp điều khiển và áp răng ca, có nhiệm

vụ xác định hai áp bằng nhau, tại thời điểm đó phát xung điều khiển mở Thyristor

- Khâu khuếch đại và tạo xung: Nhiệm vụ khuếch đại công suất và độ rộng xung

thích hợp để mở Thyristor

1 Khâu đồng pha và tạo điện áp răng ca.

Tạo bằng khuếch đại thuật toán :

Khi A dơng, có dòng qua R1, UB < 0 ( áp vào đầu đảo khuếch đại ), Transistor khoá,

D1 mở, tụ nạp Khi A âm, có dòng qua R1, UB > 0, D1 khoá, transistor mở, tụ xảqua transistor Với Transistor là loại mở bão hoà ( không có tổn hao), ta chọn khâu

đồng bộ và tạo điện áp răng ca sơ đồ dùng khuếch đại thuật toán

2 Khâu so sánh

Nhiệm vụ : Xác định thời điểm điện áp răng ca bằng điện áp điều khiển và tại thời

điểm đó phát một xung điều khiển

điện áp khác nhau thì đầu ra sẽ nhận dấu của điện áp lớn hơn

- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.

Ngời ta dùng hai điện áp :

+ Điện áp đồng bộ, kýhiệulàUr,códạng răng ca, đồng bộ với điện áp đặt trên anốt katốt của Thyristor

-+ Điện áp điều khiển, ký hiệu là Uc, là điện áp một chiều, có thểđiều chỉnh đợc biên

3 Khâu khuếch đại và tạo xung.

Bằng Tranzitor công suất

Sơ đồ điều khiển Mở thyristor:

* Tính toán các phần tử trong mạch điều khiển

a.Tính biến áp xung

- Chọn vật liệu sắt ferit HM , lõi sắt từ có dạng hình xuyến làm việc trên một

phần của đặc tính từ hoá, B = 0,3 T, H = 30 A/m, không có khe hở không khí

- Tỷ số máy biến áp thờng là m = 2 3, ta chọn m = 3.

- Điện áp trên cuộn sơ cấp của máy biến áp :

U 1 = m.U g = = m Uđk 3.3 =9 (V)

- Điện áp trên cuộn thứ cấp của máy biến áp :

- Dòng thứ cấp máy biến áp : I2 = Iđk = 0,15 A

0

10 8 30 10 25 , 1

3 , 0

.

B

I U S

3

3 , 0

05 0 9 15 , 0 10 167 10 25 , 1 10

=1,2525 cm 3

trong đó Q là tiết diện lõi sắt từ, I’

2 là dòng điện thứ cấp đã quy đổi và

Chiều dài trung bình mạch từ : l = 5,2 cm

- Số vòng cuộn dây sơ cấp máy biến áp :

w 1 =

B Q

t

U x



.

6

10 27 3 , 0

10 167 9



 = 186 vòng

- Số vòng cuộn dây thứ cấp máy biến áp :

= 0,0083 mm2

đờng kính dây dẫn sơ cấp: d 1 =



1

4 S

=

14 , 3

0083 , 0 4

= 0,0375 mm2

đờng kính dây dẫn thứ cấp: d 2 =



2

4 S

=

14 , 3

0375 , 0 4

= 0,22 mm

Sinh viờn: Vũ Lờ Chung Lớp: ĐTĐ – 46ĐH1 Page 23

- Kiểm tra hệ số lấp đầy :

Klđ =

) 4 (

.

2 2 2 1 1

d h

w S w S

2 1

2

12

62 22 , 0 186 1 ,

*Chú ý : Do lơi ích kinh tế , cũng nh để dễ dàng cho ngời thực hiện mạch điều

khiển Thay vì sử dụng máy biến áp xung, ta có thể sử dụng phần tử ghép quangthay thế

1.Khâu khuếch đại cuối cùng:

Khâu khuếch đại bao gồm: 2 Transistor C828 đợc đấu darlington với nhau, tụ C2

và điện trở R8

Ta có: Tx = R8.C2 , nếu chọn C2 = 0,47 F/ 50V thì

10 1 , 0

10 600

6 6 2

phần tử TL084 Ta chọn R6 = R7 = 100 k Điện áp điều khiển đợc đa vàokhuếch đại qua R7 thông qua một biến trở Việc điều chỉnh góc mở  củathyristor đợc thực hiện nhờ điều chỉnh biến trở này

) cos

3.Khâu tạo điện áp răng ca đồng pha.

Khâu này gồm hai khuếch đại thuật toán, một Transistor C828, năm điện trở R1, R2,

.

1

dt U C R

=> 

0 1

4

1

t U C R

U r   V =

1

4

15

C R

C R



=> R4.C1 = 9,42