biến tấu lò nấu thép nghịch lưu potx

Biến tấu lò nấu thép nghịch lưu Đồ án điện tử công suất 1 Giới thiệu - tính toán - thiết kế mạch điều khiển toàn hệ thống I. Nhiệm vụ chức năng mạch điều khiển : Nh ta đã biết Thyristo chỉ để mở cho dòng chạy qua khi có điện áp dơng đặt lên anốt và có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển. Sau khi Thyristo đã mở thì xung điều khiển không còn có tác dụng gì nữa. Dòng điện chạy qua Thyristo do thông số ở mạch lực quyết định. 1.Mạch điều khiển có chức năng sau: - Điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kì dơng của điện áp đặt lên a-k của T. - Tạo các xung điều khiển có thể mở đợc Thyristo. Xung điều khiển có độ rộng 2 10V; độ rộng xung t x = 20 100s. Dộ rộng xung điều khiển có thể tính đợc theo công thức: I dt : dòng duy trì của Thyristo di/dt: tốc đọ tăng trởng của dòng điện tải. 2.Cấu trúc chung của mạch điều khiển nghịch lu: 3.Yêu cầu về mạch điều khiển: Mạch điều khiển là một khâu quan trọng trong hệ thống điều khiển Thyrisro, nó là bộ phận chủ yếu quyết định chất lợng và độ tin cậy của bộ biến đổi. dt di t dt I x FX chủ đ Chia xung KĐSX NLĐL ND Tín hiệu phản hồi Đồ án điện tử công suất 2 Yêu cầu về bộ biến đổi có thể tóm tắt nh sau: Mỗi thyristo có 1 đặc tính là quan hệ giữa điện áp trên cực điều khiển và dòng điện chạy qua cực điều khiển U đk = f(I đk ). Quan hệ giữa chúng đợc biểu diễn nh sau: Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc ngay cả T cùng loại cũng có đặc tính đầu vaò khác nhau. Với mỗi loại thyristo ta có các đặc tính này dao động giữa 2 đặc tính giới hạn a và b. - Yêu cầu độ lớn của điện áp và dòng điều khiển có 3 yêu cầu chủ yếu sau: + Các giá trị lớn nhất không vợt quá giá trị cho phép. + Giá trị nhỏ nhất cũng phải đảm bảo đợc tất cả các Thyristo cùng loại ở mọi điều kiện làm việc. + Tổn hao công suất trung bình ở cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho phép. - Yêu cầu về tính đối xứng của xung trong kêng điều khiển: Trong các bộ biến đổi có nhiều pha, tính đối xứng của xung điều khiển rất quan trọng, nếu xung điều khiển mất tính đối xứng sẽ làm cho dòng anốt của các pha có hìh dạng khác nhau và giá trị khác nhau làm mất cân bằng cảu máy biến áp xung do đó giảm công suất MBAX. - Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển: Thông thờng độ rộng xung không nhỏ hơn 5 s và tăng độ rộng của xung điều khiển sẽ cho phép giảm nhỏ xung điều khiển. Khi mạch tải có điện cảm lớn thì dòng điện tải i t tăng chậm nên phải tăng độ rộng của xung điều khiển. -Yêu cầu về độ tin cậy của mạch điều khiển: Mạch điều khiển phải làm việc tin cậy trong mọi trờng hợp nhiẹt độ thay đổi. Đồ án điện tử công suất 3 -Yêu cầu về lắp ráp vân hành: Sử dụng thiết bị dễ thay thế, dễ lắp ráp, điều chỉnh, thiết bi thay thế dễ dàng giữa các khối cho nhau nhng mối khối phải có khả năng làm việc đập lập. II. Tính toán mạch điều khiển: 1.Khối phát xung chủ đạo: Ta dùng vi mạch 555 đây là khối phát xung chữ nhật. Sơ đồ khối phát xung nh sau: Để dảm bảo xung ra có T 1 =T 2 tức là đối xứng hoàn toàn thì ta thiết kế vi mạch 555 có tần số băng 2 lần tần số yêu cầu tức là f=2000Hz sua đó đầu ra của 555 đa vào mạch đếm logic chia 2 ( Một flip-flipTrigơ). Vậy ta có chu kỳ đầu ra của vi mạch 555: T=0,639C(R 1 +R 2 +2P 1 +P 2 =; để xung đối xứng T 1 T 2 ta chon R 1 =R 2 ; x=1/2 khi đó T=0,693C(2R 1 +2P1+P 2 ) Chon C= 0,01F ta có: Z V3 s R 5k 5k C1 xP2 P2 D2 27kD1 Tr1 5k R1 +E 15V P1 5,7k 0 27k Uc1 Đồ án điện tử công suất 4 T= 0,693.0,01.10 -6 .(2R+2P 1 +P 2 )=1/f=1/2000 = 0,0005 2R + 2P 1 +P 2 = 72150; Chon R =27k 2P 1 +P 2 =1,82k Chon P 1 = 5,7k P 2 = 6,8k. Vậy thiết kế mạch xung có f=2000Hz dung 555 thì C = 0,01F; R 1 = R 2 =27K; P 1 = 5,7k; P 2 =18,2k. D 1 ,D 2 là hai điốt chọn cùng loại có ký hiệu 204 I tb =800mA; U đm =100V. Tranzito Tr 1 chon loại c828 có U ce =30V; I cmax =300mA; =30100; I c =10A; 2. Thiết kế bộ chia xung: Ta dùng 1 Flip-flop Trigơ loại T-FF tuy nhiên T-FF không bán trên thị trờng. Muốn có ta phỉa tạo ra từ các Flip-Flop khác. ở đây ta tạo ra từ D Flìplop không đồng bộ theo sờn lên của xung nhịp ta có thể tạo ra đợc T-FF tích cực cao lật trạng thái ở sờn lên của xung nhịp). Vậy xung sau khi ra khỏi bbộ chia xung có tần số f = 1000Hz. 3.Thiết kế bộ tạo độ rông xung: Tạo ra xung đơn ( xung kim) có độ rọng t x =100s = 10 -4 s Sơ đồ khối bộ tạo độ rông xung: D Q C Q Ra R T t T Q t Đồ án điện tử công suất 5 E2 +24V Dz D3 D4 D5 Tr2 R5 R4 C828 2k 120 204 204 G K 204 Hoạt động của sơ đồ: Khi x =0; z 1 =0; z 2 =0; z 3 =0; z 4 =1; y=0 Khi x =1; z 1 =0; z 2 =1; tụ điện C 2 đợc nạp điên qua điện trở R 2 . Lúc đầu U R3 =1 do đó z 4 =0, y =1, sau thời gian t=R 3 C 2 thì U R2 =0 thì z 4 =1 và y =0. Trong đó múc lôgic o khoảng 0,4 đến 0,6V. Độ rộng xung ra là t x = R 3 C 2 , thờng chọn R 3 =1k t x =10 -4 = 1000C 2 C 2 = 0,1F. Vậy khâu tạo xung có sơ đồ nh hình vẽ và chọn C 2 = 0,1F; R 3 = 1k. 4 phần tử NAND trong sơ đồ nằm trong con IC4011 có sơ đồ chân nh sau: 4. Thiết kế máy biến áp xung: Sử dung BAX với mục đích sau: -Dễ dàng tạo đợc xung với biên độ phù hợp với tải. -Cách ly về điện giữa mạch điều khiển và hệ thống động lực. y x z 2 z 1 z 4 z 3 C 2 CMOS 4011 14 Vcc 13 12 11 10 9 8 76 5 4321 Đồ án điện tử công suất 6 2,0 5,1 3,0 1 n I I dk SB tU W s x . 1 1 )(23 10.45,0 10.100.5,10 4 4 1 vòngW )(15 5,1 23 1 2 vòng n W W mm j I d 357,0 3.14,3 3,0 2 . 2 2 2 mm j I d 28,0 3.14,3 2,0 2 . 2 1 1 I E R c 120 2,0 24 max 2 2 5 -Dễ dàng thay đổi cực tính của xung ra. Khi chọn van điều khiển thì giá trị dòng và áp: I đk =0,3A U đk =7V Điện áp điều khiển và dòng điện điều khiển chính là giá trị dòng và áp thứ cấp của BAX. Theo kinh nghiệm tỷ số BAX thờng chọn từ 13 là tốt nhất. Do đó ta chọn n=1,5. Nh vây điện áp đặt lên cuộn sơ cấp phải là: U 1 = n.U đk =1,5.7 =10,5V. Dòng điệ sơ cấp: Ta chọn vật liệu lõi thép là pherit, làm việc trên 1 phần đặc tính từ hoá B s = 0,45T; độ từ thẩm = 6000A/m 2 , có diện tích lõi thép là 1cm 2 . *Số vòng dây cuộn sơ cấp : t x: Chiều dài xung điều truyền qua BAX , thờng chọn t x từ 10 600s, ở đây ta chọn t x =100s *S diện tích lõi pherit lấy S =10 -4 mm 2 *Số vòng dây cuộn thứ cấp: *Chọn mật độ dòng điện j=3A/mm 2 Đơng kính cuộn thứ cấp: Đờng kính cuộn sơ cấp: *Chọn R 4 =2k, chọn tranditocó I c2mã =I 1 =0,2A Đồ án điện tử công suất 7 kR 6,1 10.1,0 10.16,0 6 3 9 Bộ dịch pha Chọn Tr 2 là C828 có U ce =30V; I c2max =300mA; =30100; D 3 , D 4 , D 5 , chọn loại điốt 204 có I tb =800mA;U m =100V; 5. Lựa chọn khâu lệch pha: Xung điều khiển T 1 T 4 muốn điều khiển T 3 T 2 thì ta phải dich xung đó đi một góc do đó ta phải thiết kế khâu dịch pha: Đây là mạch trễ pha toàn thông , để tạo ra tín hiệu dịch pha ta mắc nối tiếp 2 bộ dịch pha 90 0 Chọn R 8 = 10k. Ta có độ lệch pha :() = -2tg -1 . RC Với =2.10 3 (rad/s) -2arctg(2.10 3 R 9 C 10 ) = -90 0 R 9 C 10 = 1/2.10 3 = 0,16.10 -3 . Chọn tụ C 10 có dung lợng C 10 = 0,1F Chọn R 9 là chiết áp 3k. Ký hiệu bộ dịch pha : 6. Khâu lấy tín hiệu về: Tín hiệu về có hai nhiệm vụ: Uv TL081 +15 V - 15V ura R8 R8 D4 R9 Đồ án điện tử công suất 8 )(17551. 2,0 351 .1; 1 2 1 21 1 2 2 1 vòngWWW I I W W I I Ui=i.RS Rs Biến dòng Tải - Sau khi tín hiêu dòng và áp của bộ nghịch lu ra tải ổn định thì ngắt máy phát xung chủ đạo. - Tín hiệu về đợc da về bộ khuyếch đại sửa xung để điều khiển quá trình đóng mở các can của bộ nghịch lu. Ta có U tải = 800V; I tải =351A Vì bộ nghịch luđộc lập nguồn dòng nên dòng điện tải không phụ thuộc vào tải do đó ta lấy tín hiệu về là tín hiệu dòng và để lấy tín hiêu điều khiển thì ta phải sử dụng máy biến dòng và điện trở sun R s . Chọn máy biến dòng có số vòng dây sơ cấp và thứ cấp Chọn R s để U i =i.R s =10V R s =10/0,2 =50. Tín hiệu lấy về có dạng: Muốn có dạng xung vuông ta cho tín hiệu qua IC thuật toán Chọn loại OA TL081 có V cc = 15V -Vcc +Vc c Ud Đồ án điện tử công suất 9 M ở T 1 T 4 U r t t U v U d = 30V Đồ thị tín hiệu vào ra theo thời gian: Ta có xung điều khiển của T 1 và T 4 phải có dạng xung dơng do đó để tạo xung điều khiển cho T 1 và T 4 thì tín hiệu phản hồi sau khi qua bộ khuyếch đại thuật toán ta cho qua điốt Khi U v >0 U A < U K D khoá U r = U v Khi U v <0 U A >U K D thông U r = 0 Để tạo xung điều khiển T 2 ,T 3 ta dùng mạch gim trên song song U v > 0 U A > U K D 6 thông U r = 0 T1T4 T2T3 T1T4 T2T3 Ur Uv D5 204 Ur Uv D6 204 [...]... trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, chúng em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ án: Thiết kế bộ biến tần cho lò nấu thép, phần nghịch lưu Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án... nguồn cung cấp cho các vi mạch, cho biến áp xung: Ta cần có nguồn một chiều có điện áp 15V và +24V Do đó ta thiết kế bộ chỉnh lưu, sau bộ chỉnh lưu đặt một ổn áp để ổn định điện áp ra : U r 15V U v min 17,5V U r max 30V Chọn dùng IC ổn áp LM7815 có: U r 24V U v min 27V U r max 38V Và IC LM7824 có : Thiết kế mạch nguồn 15V Ta dùng sơ đồ chỉnh lưu 2 nữa chu kỳ biến p điểm giữa: D7 LM7815 U 1... Xung này qua BAX để khuyếch đại sau đó đưa vào cực G2, G3 của thyristo T2,T3 + Khi các thyristo T1, T2, T3, T4 được kích mở thì bộ nghịch lưu hoạt động cấp dòng và áp cho tải Dạng dòng điện gần sin, có tần số f=1000Hz, biên độ dòng và áp thoả mãn yêu cầu + Để bộ nghịch lưu có thể tự hoạt động ta lấy tín hiệu dong điện về để kích mở các van Khi đó ta ngắt máy phát xung chủ đạo 555 Để làm việc này ta... định tỷ số máy biến áp ta xét điện áp vào cho phép của 7815 Nếu điện áp vào là 220V, 50Hz thì ta có biến độ điện áp cuộn sơ cấp là 11 220 2 Đồ án điện tử công suất Cuộn thứ cấp có điểm giưã phải có biên độ: U 2m Vậy tỷ số biến áp : a1 U v max U v min 17,5 30 23,75V 2 2 U vm 220 2 7 2U 2m 2.23,75 Thiết kế mạch tạo nguồn +24V Ta có: U 2m U v max U v min 28 38 32,5V 2 2 Tỷ số biến áp: a2 ... giải mạch điện tử công suất Dương Văn Nghi - Phạm Quốc Hải 3 Bài giảng điện tử công suất của thầy Phạm Quốc Hải 4 Bài giảng điện tử công suất của thầy Dương Văn Nghi 5 Khí cụ điện - Tô Đằng 6 Điện luyện thép - ĐHBK 7 Điện tử số - Nhà xuất bản giáo dục 18 . Biến tấu lò nấu thép nghịch lưu Đồ án điện tử công suất 1 Giới thiệu - tính toán - thiết kế mạch điều. cùng lớp, chúng em đã hoàn thành các nhiệm vụ đợc giao của bản đồ án: Thiết kế bộ biến tần cho lò nấu thép, phần nghịch lu. Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân chúng em không thể tránh. Dòng điệ sơ cấp: Ta chọn vật liệu lõi thép là pherit, làm việc trên 1 phần đặc tính từ hoá B s = 0,45T; độ từ thẩm = 6000A/m 2 , có diện tích lõi thép là 1cm 2 . *Số vòng dây cuộn sơ cấp