bài tập thiết kế điện tử công suất thiết kế bộ nguồn cho thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Tìm hiểu về bộ lọc tĩnh điện Nền kinh tế ngày càng phát triển không ngừng dần đáp ứng được nhu cầu của con người về vật chất và văn hóa nhưng mặt trái của nó là kéo theo tình trạng ô nhi

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÀI TẬP THIẾT KẾ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đề Tài: Thiết Kế Bộ Nguồn Cho Thiết Bị Lọc Bụi Tĩnh

Điện

Phương án Điện áp một

chiều phía cao áp (kV)

Dòng một chiều (A) Nguồn nuôi

Họ tên sinh viên: Luyện Tiến Đạt

Mã sinh viên: 20212750 Ngành: Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa

Nhóm: 2

Giáo viên hướng dẫn: TS Phạm Việt Phương

Khoa: Tự động hóa Trường: Điện – Điện tử

Mục Lục

I Chương 1: Tìm hiểu và phân tích nguyên lý làm việc về lọc bụi tĩnh điện 3

1 Tìm hiểu về bộ lọc tĩnh điện 3

2 Phân tích nguyên lý làm việc về thiết bị lọc bụi tĩnh điện 4

II Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án mạch lực 4

1 Phân tích phương án mạch lực 4

2 Lựa chọn phương án mạch lực 6

III Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch lực 6

1 Tính toán các thông số máy biến áp 6

2 Lựa chọn diode 7

3 Lựa chọn thyristor 7

4 Tính toán bảo vệ van 8

4.1 Bảo vệ quá áp 8

4.2 Bảo vệ quá dòng 9

IV Chương 4: Mô phỏng và nhận xét 9

1 Mô phỏng trên PSIM 9

2 Kết quả mô phỏng trên PSIM 10

3 Nhận xét 11

Tài liệu tham khảo 11

I Chương 1: Tìm hiểu và phân tích nguyên lý làm việc về lọc bụi tĩnh điện

1 Tìm hiểu về bộ lọc tĩnh điện

Nền kinh tế ngày càng phát triển không ngừng dần đáp ứng được nhu cầu của con người về vật chất và văn hóa 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 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 lí bụi trong các nhà máy xí nghiệp là thực sự cần thiết và có vai trò ngày càng quan trọng Trong đó phương pháp lọc tĩnh điện là phương pháp tương đối hiệu quả đối với các nhà máy công nghiệp có một lượng bụi lớn như nhà máy xi măng,nhà máy phân bón luyện kim,nghiền đá,công nghiệp gốm…v v Nó có các ưu điểm cơ bản như hiệu suất thu bụi cao, chi phí năng lượng thấp,có thể làm việc với áp suất chân không hoặc áp suất cao,và đặc biệt có thể điều khiển và tự động hóa hoàn toàn Lọc bụi tĩnh điện (ESP) là thiết bị lọc bụi bằng phương pháp tĩnh điện Nguyên lý của ESP là: Khi dòng khói đi qua điện trường (được tạo bởi dòng điện một chiều có hiệu điện thế cao) dòng khói sẽ bị điện li tạo thành các điện tử, các ion âm và các ion dương Bụi trong khói khi đi qua điện trường cũng bị nhiễm điện, các hạt bụi nhiễm điện sẽ bị hút về phía các điện cực trái dấu và bám trên bề mặt các điện cực Sau một thời gian bụi bám trên bề mặt điện cực sẽ có chiều dày nhất định thì sẽ được hệ thống búa gõ, máy rung tách các hạt bụi và đưa về phễu thu hồi Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như: kích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều khiển điện trường, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng không khí trong vùng điện trường Tùy theo lưu lượng bụi của buồng lọc mà hệ thống tự động điều chỉnh điện áp cao áp vào buồng lọc sao cho đạt được hiệu suất lọc bụi cao nhất.Với điều kiện hoạt động tốt hệ thống có thể đạt hiệu suất lọc bụi đạt trên 95%

Ưu điểm chính của ESP so với các phương pháp lọc bụi khác là:

 Hiệu suất khử bụi cao: Có thể hơn 99%

 Tổn thất áp lực dòng nhỏ

 Có thể lọc được bụi có kích thước rất nhỏ: 0.1µm

 Tiêu hao điện năng thấp  Lưu lượng khói đi qua thiết bị lớn

 Chịu được nhiệt độ cao: có thể lên đến 450 độ C

2 Phân tích nguyên lý làm việc về thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện làm việc dựa trên nguyên lý làm sạch không khí bằng việc ion hóa và tách bụi khói ra khỏi không khí khi chúng đi qua trường điện từ Hiệu quả của thiết bị này phụ thuộc vào tính chất không khí, độ bẩn bụi, tính chất cực điện, thông số điện của thiết bị, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng khí trong trường điện từ

Nguyên tắc sơ đồ lọc bụi tĩnh điện cấu tạo từ các linh kiện cơ bản hình thành bởi hai tấm điện cực đứng song song Giữa hai điện cực này được thiết lập một hiệu điện thế một chiều tương đối cao nên cường độ điện trường do chúng gây ra có giá trị tương đối lớn, dẫn đến các hạt bụi sẽ bị ion hóa mãnh liệt Dưới tác dụng của lực điện trường giữa hai bản cực, các ion bị hút về phía bản cực trái dấu Các hạt bụi sau khi dịch chuyển về các điện cực sẽ lắng lại trên

bề mặt điện cực, hoặc xối nước rửa điện cực để loại bỏ bụi

Sơ đồ lọc bụi tĩnh điện

II Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án mạch lực

1 Phân tích phương án mạch lực

- Phương án 1: Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu bằng thyristor sau máy biến áp

Phương án 1 + Giả sử trường hợp lý tưởng (không có tổn hao) U =80 kV (Theo yêu cầu chếd

tạo bộ nguồn) Ta có: U2 = U d

2,34 =800002,34 = 34188,03V + Điện áp ngược tối đa trên van: Ung,max = U2√6= 34188,03 √6= 83743,24V + Nhược điểm :Đây là điện áp rất lớn nên rất khó để chọn được van, điều khiển van, bảo vệ, làm mát van

Khi mắc nối tiếp các van thì sẽ khó để điều khiển hay điều khiển chính xác

phương án 2.

- Phương án 2 :Dùng một bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều chỉnh được đó là

bộ chỉnh lưu dùng các điot sau máy biến áp và bộ điều áp xoay chiều trước máy biến áp

Phương án 2 + Giả sử trường hợp lý tưởng ( không tổn hao)

+ Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu:

Ungmax = 1,5.380 = 570 V

+ Điện áp của thyristor cần chọn là:

Uv = ku.Ungmax = 1,8.570 = 1026 V

Vậy ta thấy theo phương án này ta có thể dễ dàng chọn van thyristor phù hợp,

dễ dàng điều khiển điều chỉnh điện áp

Kết luận: ta chọn phương án 2 để thiết kế mạch lực.

III Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch lực

1 Tính toán các thông số máy biến áp

- Thông số của máy biến áp

- Ta chọn máy biến áp 3 pha có 3 trụ đấu Y – Y làm mát bằng không khí tự nhiên

+ Điện áp vào 3 pha 380 V

+ Dòng 1 chiều 1 A

- Hệ thống làm việc sẽ gây ra tổn hao, ta thiết kế hệ thống với lượng dự trữ 10%

về công suất

+ Điện áp tối đa ra tải là 88 kV

+ Dòng điện sẽ là 1,2 A

+ Công suất cực đại là 105,6 kW

+ Công suất làm việc là 95 kW

- Điện áp lớn nhất sau chỉnh lưu:

Ud0 = U + ∆U + ∆U + ∆Ud V dn ba

- Trong đó:

Ud: Điện áp chỉnh lưu yêu cầu U = 80 kVd

∆UV: Sụt áp trên van (Chọn khoảng 150 V)

∆Udn: Sụt áp trên dây quấn (Coi rất nhỏ)

∆U : Sụt áp bên trong máy biến áp (Chọn vào khoảng 5-10% U )

Ud0 = 80.10 + 150 + 5%80.10 = 84150 V

- Điện áp ra thực tế trên cuộn dây thứ cấp của máy biến áp:

U2 = U d 0

2,34 = 841502,34 = 35961,54 V

- Hệ số máy biến áp:

m = U2

380 = 94,64

- Dòng điện chảy qua cuộn thứ cấp, sơ cấp lần lượt là:

I2 = 0,82I = 0,82.1,2 = 0,98 A d

I1 = mI = 93,13A2

2 Lựa chọn diode

- Chọn hệ số dự trữ về điện áp: k = 1,8 và hệ số dự trữ về dòng: k = 1,2u i

- Điện áp ngược lớn nhất mà các diode phải chịu:

Ungmax = 2,45.U = 2,45.35961,54 = 88105,77 V2

- Điện áp mà cần chọn số diode ít nhất có thể chịu được:

Uv = 1,8.Ungmax = 1,8.88105,77 = 158590,39 V

- Dòng điện trung bình qua diode: I = tbv

1,2 I d

3 = 0,48 A

- Từ thông số trên ta chọn diode loại K100UF

Un = 10000 V; U = 14 V; I = 1,5 A tbv

- Số lượng diode cần dùng mắc nối tiếp là: n = 158590,3910000 = 16 chiếc

- Sụt áp trên 2 dãy diode là: Ud = 14.16.6 = 1344 V

3 Lựa chọn thyristor

- Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu:

Ungmax = 1,5.380 = 570 V

- Điện áp của thyristor cần chọn là:

Uv = 1,8.Ungmax = 1,8.570 = 1026 V

- Dòng điện làm việc của thyristor được tính theo dòng hiệu dụng, ta chọn công suất làm việc của các van là 60%:

Ilv = 1

0,6= 155,22 A

- Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tích tản nhiệt, không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó cường độ dòng điện định mức van cần chọn: I = kdm i.Ilv = 1,2.155,22 = 186,26 A

- Chọn van mã VS-VSK.500 có các đặc tính sau:

+ U = 1600 V: Điện áp ngược lớn nhất của vannm

+ Itbvan = 500 A: Dòng điện trung bình qua van

+ I = 785 A: Đỉnh xung dòng điệnpik

+ Irmax = 100 mA: Dòng rò

+ U = 1.5 V: Điện áp rơir

+ dU/dt = 1000 V/us

4 Tính toán bảo vệ van

4.1 Bảo vệ quá áp

- Mạch bảo vệ thyristor: Người ta dùng mạch RC đấu song song với thyristor Thường chọn R = 80 Ω; C= 0,5 µF

- Mạch bảo vệ diode: Người ta dùng mạch R song song với RC đấu song song với diode Thường chọn R = 30 Ω; C = 4 µF

Mạch bảo vệ thyristor

Mạch bảo vệ diode 4.2 Bảo vệ quá dòng

- Chọn 1 apomat có:

+ Dòng định mức:

Iđm = 1,1I =1,1.155,22= 170,74 A lv

+ Điện áp định mức:

Uđm = 2800 V

+ Dòng ngắn mạch:

Inm = 2,5I = 2,5.155,22 = 246,38 Alv

+ Dòng quá tải:

Iqt = 1,6I = 1,6.155,22 = 248,35 A lv

- Chọn cầu dao có:

+ Dòng định mức:

Idm = 1,1.I = 1,1.155,22= 170,74 Alv

IV Chương 4: Mô phỏng và nhận xét

1 Mô phỏng trên PSIM

Sơ đồ nguyên lý mạch trên PSIM

Sơ đồ phát xung điều khiển thyristor với góc điều khiển α = 30 trên PSIM⁰

2 Kết quả mô phỏng trên PSIM

Dạng điện áp đầu ra của điều áp xoay chiều với góc điều khiển α = 30⁰

Dạng sóng dòng điện qua tải điện áp trên tải thu được trên PSIM

Giá trị lớn nhất của điện áp trên tải và dòng điện qua tải

3 Nhận xét

- Qua kết quả mô phỏng, ta thấy điện áp trên tải và dòng điện qua tải bám sát giá trị định mức yêu cầu

Tài liệu tham khảo

Hải, P Q (2009) Hướng Dẫn Thiết Kế Điện Tử Công Suất. Hà Nội: Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật

Huy, P Q (n.d.) Điện Tử Công Suất - Hướng Dẫn Sử Dụng PSIM. Nhà Xuất Bản Bách Khoa Hà Nội

Minh, T T (2019) GIáo Trình Điện Tử Công Suất. Nhà Xuất Bản Giáo Dục