(Tiểu luận) tính toán thiết kế mạch lực

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: Lớp : D13 Hà Nội, tháng… năm 2022 Mục lục CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I Lò điện trở Khái niệm chung 1.1 Phân loại lò điện trở 1.2 Các yêu cầu dây điện trở 1.2.1 Dây điện trở hợp kim 1.2.2 Dây điện trở kim loại 1.3 Giới thiệu chung điều áp xoay chiều ba pha 1.3.1 Điều áp xoay chiều ba pha 1.4 Các loại van bán dẫn thường dùng điều áp xoay chiều ba pha 1.5 Lựa chọn van điều áp xoay chiều ba pha 1.7 Điều áp xoay chiều ba pha 13 Chương II Nghiên cứu tính tốn thiết kế mạch lực 19 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 21 2.1 Thiết kế mạch lực 21 2.1.1 Bộ điều chỉnh pha 21 2.3 Tính chọn van bán dẫn công suất 21 2.4 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 22 2.4.1 Bảo vệ dòng cho van 22 2.4.3 Bảo vệ điện áp cho van 23 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 25 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 25 3.1 Thiết kế mạch điều khiển 26 3.1.1 3.1.3 Khâu đồng 26 3.1.2 Khâu tạo điện áp cưa 27 Khâu so sánh 29 3.1.4 Khâu tạo dạng xung 30 3.1.5 Khâu khuếch đại xung 31 CHƯƠNG MÔ PHỎNG 34 Sơ đồ mạch lực 34 Sơ đồ mô toàn mạch 35 4.1 Kết mô 36 4.1.1 Đặc tính phát xung 36 4.1.2 Đặc tính điện áp 36 KẾT LUẬN 38 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I Lò điện trở Khái niệm chung 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… 1.1 Phân loại lò điện trở Phân loại theo phương pháp toả nhiệt: Lò điện trở tác dụng trực tiếp Lò điện trở tác dụng gián tiếp a) Đốt nóng trực tiếp b) Đốt nóng gián tiếp Vật liệu nung nóng trực tiếp; Biến áp; Đầu cấp điện Dây đốt (dây điện trở); Vật liệu nung nóng gián tiếp Hình 1: Ngun lý lị điện trở đốt nóng trực tiếp gián tiếp Phân loại theo nhiệt độ làm việc: Lò nhiệt độ thấp: nhiệt độ làm việc lò 6500C Lò nhiệt trung bình: nhiệt độ làm việc lị từ 6500C đến 12000C Lò nhiệt độ cao: nhiệt độ làm việc lò 12000C Phân loại theo nơi dùng: Lị dùng cơng nghiệp Lị dùng phịng thí nghiệm Lị dùng gia đình Phân loại theo đặc tính làm việc: Lị làm việc liên tục Lị làm việc gián đoạn Hình 1.1: Đồ thị nhiệt độ chế độ làm việc lò điện trở a Lị liên tục b Lị làm việc có tính lặp lại Phân loại theo kết cấu lò: Lò buồng Lò giếng Lị chụp c Lị gián đoạn Hình 1.2: Hình ảnh kết cấu lò điện trở dạng lò buồng Hình 1.3: Hình ảnh kết cấu lị điện trở dạng lị giếng Phân loại theo mục đích sử dụng: Lị tơi Lị ram Lị ủ 1.2 Các u cầu dây điện trở 1.2.1 Dây điện trở hợp kim Hợp kim Crôm – Niken (Nicrôm) Hợp kim có độ bền học cao có lớp màng Oxit Crôm (Cr2O3) bảo vệ, dẻo, dễ gia công, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở bé, sử dụng với lị có nhiệt độ làm việc 12000C Hợp kim Crơm - Nhơm (Fexran), có đặc điểm hợp kim Nicrơm có nhược điểm giịn, khó gia cơng, độ bền học môi trường nhiệt độ cao 1.2.2 Dây điện trở kim loại Thường dùng kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao: Molipden (Mo), Tantan (Ta) Wonfram (W) dùng cho lị điện trở chân khơng lị điện trở có khí bảo vệ 1.3 Giới thiệu chung điều áp xoay chiều ba pha 1.3.1 Điều áp xoay chiều ba pha a Khái niệm Bộ biến đổi xung áp xoay chiều thiết bị dùng để điều chỉnh điện áp xoay chiều tải từ nguồn áp xoay chiều BBD xoay chiều-xoay chiều thiết bị biến đổi điện sử dụng dụng cụ bán dẫn có điều khiển Nguyên tắc hoạt động BBĐ sử dụng tính chất có điều khiển dụng cụ bán dẫn để cắt phần nửa chu kỳ điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho điện áp có giá trị hiệu dụng nhỏ điện áp nguồn BBĐ có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất cao, làm việc tin cậy, có khả điều chỉnh trơn điện áp phạm vi rộng với cấp cơng suất Nhưng BBĐ có số nhược điểm độ tin cậy không máy biến áp, thiết bị điều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế cơng suất khả chịu dịng áp dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, đặc biệt điện áp nguồn hình sin điện áp khơng cịn dạng hình sin b Phân loại Điều áp xoay chiều phân loại theo số cách sau đây: Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: + Điều áp xoay chiều pha + Điều áp xoay chiều pha + Điều áp xoay chiều pha Phân loại theo van bán dẫn mạch + Mạch dùng thyristor, gọi chỉnh lưu điều khiển + Mạch dùng triac + Mạch dùng thyristor diot, gọi chỉnh lưu bán điều khiển c Ứng dụng Điều áp xoay chiều ứng dụng tương đối hạn chế thực tế có nhược điểm tồn giải điều chỉnh có dạng điện áp dịng điện khơng sin Vì chủ yếu sử dụng với tải mang tính trở Chủ yếu sử dụng để điều khiển công suất tiêu thu tải lò nướng điện trở, bếp điện, điều khiển chiếu sáng cho sân khấu quảng cáo, điều khiển vận tốc động không đồng cơng suất vừa nhỏ (máy quạt gió, máy bơm, máy xay), điều khiển động vạn (dụng cụ điện cầm tay, máy trộn, máy sấy) Bộ biến đổi xoay chiều dùng hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng 1.4 Các loại van bán dẫn thường dùng điều áp xoay chiều ba pha a Thyristor Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn, ví dụ P-N-P-N, tạo ba lớp tiếp giáp P-N: J1, J2, J3 ( hình 1.14) Thyristor có ba cực hoạt động anode (A), cathode (K) cực điều khiển (G) biểu diễn (hình 1.13) Nó dùng cho chỉnh lưu dịng điện có điều khiển A – kí hiệu anode: có nghĩa cực dương K – kí hiệu cathode: có nghĩa cực âm G – gate: có nghĩa cực khiển (cực cổng) Hình 1.13 Ký hiệu điện Thyristor Hình 1.14 Biểu diễn lớp Thyristor 1.5 Lựa chọn van điều áp xoay chiều ba pha - Bằng cách sử dụng Thyristor khởi động mềm điều chỉnh điện áp áp dụng cho động 0V đến điện áp dòng Như hoạt động khởi động mềm dựa việc điều khiển điện áp cấp cho động - Hoạt động khởi động mềm hoàn toàn dựa việc điều khiển điện áp khởi động dừng động cơ, tức trị số điện áp hiệu dụng điện áp thay đổi - Nếu dừng động cơ, tín hiệu góc mở thyristor bị cắt dịng điện dừng lại điểm qua khơng điện áp nguồn Vì dùng van Thyristor điều áp xoay chiều pha để làm khởi động mềm cho động không đồng 1.5.1 Giới thiệu van Thyristor a Cấu tạo, kí hiệu Thyristor có cấu tạo gồm lớp bán dẫn p-n-p-n ghép lại tạo thành, tạo lớp tiếp giáp p-n: , , Thyristor có cực anot A, catot K cực điều khiển G gọi AK-G Thyristor Diode có điều khiển, bình thường phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, có điện áp kích vào chân G Thyristor dẫn điện áp đảo chiều cắt điện áp nguồn Thyristor ngưng dẫn