Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kĩ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ. Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hóa – hiện đại hóa của Nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp an toàn chính xác. Đó là nhiệm vụ của điện tử công suất cần phải giải quyết. . Để hiểu rõ được vai trò của thiết bị chỉnh lưu, qua đồ án môn học này, em được phân công làm đề tài dưới sự hướng dẫn của thầy nội dung chính
ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC - - BÁO CÁO MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn cho lò điện trở Lớp: D13TĐH@ĐKTBCN3 MSSV: Hà Nội, 06/2021 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với việc phát triển mạnh mẽ ứng dụng khoa học kĩ thuật công nghiệp, đặc biệt cơng nghiệp điện - điện tử thiết bị điện tử có cơng suất lớn chế tạo ngày nhiều Và đặc biệt ứng dụng vào ngành kinh tế quốc dân đời sống hàng ngày phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày nhiều phức tạp cơng nghiệp điện tử cơng suất ln phải nghiên cứu để tìm giải pháp tối ưu Đặc biệt với chủ trương cơng nghiệp hóa – đại hóa Nhà nước, nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào sản xuất Do địi hỏi phải có thiết bị phương pháp an tồn xác Đó nhiệm vụ điện tử cơng suất cần phải giải Để hiểu rõ vai trò thiết bị chỉnh lưu, qua đồ án môn học này, em phân công làm đề tài hướng dẫn thầy nội dung chính: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn cho lò điện trở Cơng suất (kW) Dịng định mức (A) 1,8 150+99 Mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Nguồn cấp Nguồn pha 220V, 50Hz Qua cho em gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Ngọc Khốt tận tình dẫn, giúp em hồn thành tốt đồ án môn học Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 24, tháng 06, năm 2021 Sinh viên thực MỤC LỤC CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung lò điện trở 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Nguyên lý làm việc 1.1.3 Đặc điểm lò điện trở 1.1.4 Một số loại lò điện trở 1.2 Một số phương pháp điều khiển lò 1.2.1 Ba phương pháp khống chế chế độ nhiệt lò 1.2.2 Sử dụng Transistor khống chế thời gian dòng chạy qua 1.2.3 Sử dụng Thyristor khống chế thời gian dòng chạy qua lò 1.2.4 Sử Dụng Triac khống chế thời gian dòng chạy qua 1.2.5 Kết luận 1.3 Chỉnh lưu cầu pha 1.3.1 Giới thiệu chung chỉnh lưu 1.3.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn 12 1.3.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 15 1.4 Lựa chọn biến đổi 18 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH LỰC 20 2.1 Sơ đồ mạch lực 20 2.2 Tính chọn van 20 2.3 Bảo vệ điện áp cho van 21 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23 3.1 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 23 3.2 Tính tốn sơ đồ mạch điều khiển 25 3.2.1 Khâu đồng 25 3.2.2 Khâu tạo điện áp cưa 26 3.2.3 Khâu so sánh 27 3.2.4 Chọn cổng AND .28 3.2.5 Khâu khuếch đại xung 30 CHƯƠNG MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH LỰC .33 4.1 Kết mô 34 4.1.1 Đặc tính phát xung 34 4.1.2 Đặc tính điện áp 35 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lị điện trở [12] Hình 1.2: Cấu trúc bán dẫn (a) kí hiệu (b), đặc tính đóng cắt transitor Hình 1.3: Khống chế dịng điện transitor Hình 1.4: Cấu tạo (a), kí hiệu (b) đặc tính Volt-Awmpe Thyristor Hình 1.5: Sơ đồ ngun lí (a) đồ thị thời gian mạch khống chế dòng điện chạy qua lò có sử dụng điều áp xoay chiều pha Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lí đồ thị thời gian mạch khống chế dịng điện chạy qua lị có sử dụng cầu chỉnh lưu Thyristor bán điều khiển Hình 1.7: Cấu tạo (a), Ký hiệu(b) đặc tính Volt-Awmpe Triac (c) Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lí (a) đồ thị thời gian mạch khống chế dịng điện chạy qua lị có sử dụng Triac (b) Hình 1.9: Các dạng sơ đồ chỉnh lưu (1) Sơ đồ chỉnh lưu pha, nửa chu kỳ; (2) Sơ đồ chỉnh lưu pha hình tia; (3) Sơ đồ chỉnh lưu pha cầu; (4) Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia; (5) Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha; (6) Sơ đồ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân Hình 1.10: Cấu trúc sơ đồ chỉnh lưu Hình 1.11: Chỉnh lưu cầu pha điều khiển hồn tồn 12 Hình 1.12: Đồ thị điện áp 13 Hình 1.13: Dạng dịng điện, điện áp phần tử sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển hoàn toàn tải trở .13 .Hình 1.14: Dạng dòng điện, điện áp phần tử sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển hoàn toàn tải trở cảm .14 Hình 1.15: Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Katot chung 15 Hình 1.16: Đồ thị điện áp 16 Hình 1.17: Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Thyristor thẳng hàng 17 Hình 1.18: Đồ thị điện áp .18 Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực 20 Hình 2.2: Sơ đồ bảo vệ áp cho van mạch lực 21 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc nguyên tắc điều khiển dọc 23 Hình 3.2: Nguyên lí điều khiển chỉnh lưu 24 Hình 3.3: Mạch tạo xung nhịp đồng kết hợp chỉnh lưu OA 25 Hình 3.6: Mạch tạo cưa 26 Hình 3.7: Đồ thị điện áp cưa 26 Hình 3.8: Khâu so sánh 27 Hình 3.9: Tín hiêu xung sau khâu so sánh .28 Hình 3.10: Mạch tạo dao động IC 28 Hình 3.11: Khâu tách xung 29 Hình 3.12: Tạo xung chùm có độ rộng 1800-α 29 Hình 3.13: Đồ thị tạo xung chùm .29 Hình 3.15: Khuếch đại xung MBA 30 Hình 4.1: Sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 33 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung lò điện trở 1.1.1 Khái niệm Lò điện trở thiết bị biến đổi điện thành nhiệt thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt, qua xạ, đối lưu truyền dẫn nhiệt, nhiệt truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu hợp kim màu… Hình 1.1: Lò điện trở [12] Lượng nhiệt cấp cho lò nhiệt toả đốt cháy nhiên liệu biển đổi điện thành nhiệt Cấu trúc hợp lý lò, chế độ nhiệt nhiệt độ phù hợp với yêu cầu công nghệ yếu tố ảnh hưởng trực tiếp định tới: Chất lượng sản phẩm Năng suất lò suất thiết bị liên quan tới lò Giảm tỷ lệ phế phẩm, giảm chi phí vật liệu, giảm suất tiêu hao nhiên liệu Không làm ô nhiễm mơi trường 1.1.2 Ngun lý làm việc Khi dịng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R (vật rắn chất lỏng) toả nhiệt lượng theo định luật Joule-Lence (1.1) Q=RI2 t Trong đó: R: điện trở nung I: cường độ dòng điện t: thời gian dòng chạy qua 1.1.3 nhỏ cao Đặc điểm lị điện trở Có khả tạo nhiệt độ cao nhiệt tập trung thể tích Do nhiệt tập trung, nhiệt độ cao nên lị có tốc độ nung nóng lớn, suất Đảm bảo nung đều, nung xác, dễ điểu chỉnh khống chế chế độ nhiệt chế độ nhiệt độ lị Lị đảm bảo độ kín, nung nóng chân khơng mơi trường Có khả tự động hố cao, đảm bảo điều kiện vệ sinh 1.1.4 Một số loại lò điện trở Các lò điện trở chủ yếu bao gồm bình chứa đa phần kín đạt nhiệt độ tương đối cao Được dùng cho nhiều hoạt động chẳng hạn làm nóng chảy, nung, ủ, tôi, luyện, tráng men, xử lý nhiệt mối hàn Tuỳ theo trường hợp mà chúng gọi lò cất, lị chng, lị chậu, lị luyện, lị hầm Một số lò bao gồm phận cho phép, chẳng hạn lật nghiêng lò, phòng đặc biệt để xử lý nguyên liệu áp lực khí thấp Theo cách thức đun nóng dùng, người ta phân biệt: Các lị điện cơng nghiệp phịng thí nghiệm, kể lị hoạt động cảm ứng hao phí điện mơi Ta thường gặp số loại lò điện trở sau đây: Lò điện trở tác dụng trực tiếp: lò điện trở mà vật nung nung trực tiếp dòng điện chạy qua Đặc điểm loại tốc độ nung nhanh, cấu trúc lò đơn giản Lò điện tác dụng gián tiếp: lò điện trở mà nhiệt toả dây điện trở dây điện trở truyền nhiệt cho vật nung xạ, đối lưu hay truyền nhiệt Các lò điện trở (nung nóng gián tiếp) nhiệt thu từ dịng điện chạy qua điện trở nóng lên Các lị dùng cảm ứng tần số thấp Trong vật liệu đem xử lý đặt trường điện từ tạo dòng điện tần số thấp cuộn sơ cấp, tạo dòng từ cảm, chúng đưa vật liệu lên nhiệt độ cần thiết Trong số lò, vật liệu nung chảy qua từ nơi lị sang ống ruột gà thẳng đứng, vật liệu chịu tác động dòng cảm ứng nung nóng Các lị phản ứng tần số cao Trong dịng điện tần số cao mạch sơ cấp (thông thường tần số rađio) gây dịng Fucơ vật liệu muốn làm nóng chảy Khác với lị trước, lị kiểu khơng có lõi từ tính Các lị nung nóng hao hụt điện mơi Trong vật liệu đem xử lý, chất dẫn điện, giữ hai miếng kim loại nối với nguồn điện xoay chiều có tần số cao Tổng thể hoạt động theo nguyên tắc tương tự nguyên tắc tụ điện, sức nóng gây từ việc điện môi mà vật liệu xử lý nồi hội t.ụ Các lị đun nóng điện trở Trong dịng điện chạy qua vật liệu xử lý, sức nóng rút từ điện trở mà vật liệu nói tạo điện qua Lò sử dụng trước cho kim loại sản phẩm hạt, bao gồm thông thường thùng chậu đựng chất phải xử lý Các lò tắm Trong vật phải xử lý ngâm bồn tắm phù hợp (kim loại nóng chảy, dầu nhờn, muối nóng chảy ) bồn tắm nhiệt độ địi hỏi thơng qua điện cực nhúng ngập Các lị hồ quang Trong sức nóng phát sinh hồ quang điện điện cực điện cực vật liệu để nóng chảy Các lị thuộc loại vận dụng cho lị sản xuất gang, thép đặc biệt, nhôm, loại thép hợp kim, bua can xi, để rút muối từ sắt, để lấy azốt khí Một số lò hồ quang với nhiệt độ tương đối cao dùng cho việc sản xuất kẽm Photpho Các lò luyện sử dụng tia hồng ngoại Trong vật liệu xử lý chiếu tia số đèn điện đặc biệt tức đèn hồng ngoại, từ miếng kim loại phát xạ bố trí khác Đơi người ta dùng lị nhiều quy trình nung chảy điện, chẳng hạn cảm ứng tần số cao thấp cho kim loại, cho số lị bánh bích quy, điển hình cảm ứng tia hồng ngoại nhờ tình tạo nhiệt 1.2 Một số phương pháp điều khiển lò 1.2.1 Ba phương pháp khống chế chế độ nhiệt lò Từ biểu thức (1-1) ta thấy, muốn thay đổi lượng nhiệt Q ta thay đổi điện trở vậ dẫn (R), thay đổi dòng điện (I) chảy qua vật dẫn thay đổi thời gian (t) cho dòng điện chảy qua vạ dẫn Thay đổi R Nếu tăng giảm R Q thay đổi Tuy nhiên, phương pháp dẫn đến tốn lượng đốt điện trở phụ thêm muốn thay đổi Q Thay đổi I cách thay đổi điện áp cung cấp Phương pháp thường dùng máy biến áp để hạ tăng áp Tuy nhiên việc điều khiển nhiệt đọ không trơn Thay đổi thời gian t (thời gian dòng điện chạy qua) Ngày với phát triển công nghệ bán dẫn, người ta chế tạo thiết bị bán dẫn công suất lớn như: Diode, Thyristor, Triac, Transitor… chịu dịng áp lớn Ba phương pháp phương pháp thay đổi thời gian t sử dụng công nghệ bán dẫn thuận tiện nhất, tự động hoá cách dễ dàng 1.2.2 Sử dụng Transistor khống chế thời gian dịng chạy qua 1.2.2.1 Kí hiệu Tranzito phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm lớp bán dẫn p-n-p (bóng thuận) n-p-n (bóng ngược), tạo nên hai tiếp giáp p-n Cấu trúc gọi Bipolar Junction Transistor (BJT), dịng điện bao gồm hai loại điện tích âm dương (bipolar nghĩa hai cực tính) Tranzito có ba cực: Bazơ (B), Colectơ (C) Emitơ (E) BJT cơng suất thường loại bóng ngược Cấu trúc tiêu biểu ký hiệu sơ đồ BJT cơng suất biểu diễn hình 1.12 1.2.2.2 Đặc tính Vơn-ampe Hình 1.2: Cấu trúc bán dẫn (a) kí hiệu (b), đặc tính đóng cắt transitor