1.1.3 Yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt Trong lò điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông quahiệu ứng Joule.Vì vậy, dây đốt cần phải làm từ các vật
GIỚI THIỆU CHUNG
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ
1.1.1 Khái niệm lò điện trở
Lò điện trở là thiết bị chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt Nhiệt năng từ dây đốt được truyền tới vật cần gia nhiệt qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt Thiết bị này thường được sử dụng trong các quy trình nung, nhiệt luyện và nấu chảy kim loại màu cũng như hợp kim màu.
1.1.2 Phân loại lò điện trở
Phân loại theo nhiệt độ:
- Lò nhiệt độ trung bình (t = 650 C đến 1200 o o o C)
Phân loại theo nơi dùng
- Lò dùng trong công nghiệp
- Lò dùng trong phòng thí nghiệm
- Lò dùng trong gia đình…
Phân loại theo đặc tính làm việc:
- Lò làm việc liên tục
- Lò làm việc gián đoạn
Lò làm việc liên tục được cấp điện liên tục và nhiệt độ được giữ ổn định ở một giá trị nào đó sao quá trình khởi động
Khi khống chế nhiệt độ bằng cách đóng cắt nguồn thì nhiệt độ sẽ dao động quanh giá trị nhiệt độ cần ổn định
Hình 1 2 Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc liên tục
Lò làm việc gián đoạn thì đồ thU và nhiệt độ, công suất được thể hiện:
Hình 1 3 Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc gián đoạn
Theo mục đích sử dụng:
- Lò ram, lò ủ, lò nung….
1.1.3 Yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt
Trong lò điện trở, dây đốt đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng nhờ hiệu ứng Joule Do đó, dây đốt cần được chế tạo từ các vật liệu đáp ứng những yêu cầu nhất định.
- Chịu được nhiệt độ cao
- Độ bền cơ khí lớn
- Có điện trở suất lớn
- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ
1.1.4 Cấu tạo của lò điện trở
Lò điện trở thông thường gồm ba phần chính:
Vỏ lò điện trở là khung cứng vững, chịu tải trọng trong quá trình hoạt động của lò và giữ lớp cách nhiệt Đối với lò làm việc với khí bảo vệ, vỏ lò cần hoàn toàn kín, trong khi đối với lò điện trở thông thường, mục tiêu chính là giảm tổng thất nhiệt và ngăn không khí lạnh xâm nhập, đặc biệt là theo chiều cao của lò.
Khung vỏ lò cần có độ cứng vững cao để chịu được tải trọng của lớp lót, tải trọng từ vật nung và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò.
Vỏ lò chữ nhật thường dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v
Vỏ lò tròn có khả năng chịu lực tốt hơn so với vỏ lò chữ nhật khi được chế tạo từ cùng một lượng kim loại Đối với kết cấu vỏ lò tròn, thép tấm dày từ 3 - 6 mm thường được sử dụng cho đường kính từ 1000 - 2000 mm, trong khi đó, thép tấm dày từ 8 - 12 mm được áp dụng cho đường kính 2500 mm.
- 4000 mm và 14 - 20 mm khi đường kính vỏ lò khoảng 4500 - 6500 mm.
Lớp lót lò điện trở thường gồm hai phần: vật liệu chịu lửa và cách nhiệt.
Phần vật liệu chịu lửa trong buồng lò có thể được xây dựng bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt, tùy thuộc vào hình dáng và kích thước cụ thể Ngoài ra, có thể sử dụng các loại bột chịu lửa và chất dính để tạo ra các khối đầm, có thể thực hiện ngay trong lò hoặc bên ngoài bằng khuôn.
Phần cách nhiệt được đặt giữa vỏ lò và vật liệu chịu lửa, với mục đích chính là giảm tổn thất nhiệt Đặc biệt, đáy lò cần có độ bền cơ học cao hơn, trong khi các phần khác không yêu cầu mức độ bền này.
Theo đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, chia dây nung làm hai loại : dây nung kim loại và dây nung phi kim loại.
Trong công nghiệp, các lò điện trở dùng phổ biến là dây nung kim loại.
1.1.5 Nguyên lí làm việc của lò điện trở
Lò điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý khi dòng điện chạy qua dây dẫn hoặc vật dẫn, sẽ sinh ra nhiệt lượng theo định luật Jun-Lenxơ.
Q: Lượng nhiệt tính bằng Jun (J)
I: Dòng điện tính bằng Ampe (A)
R: Điện trở tính bằng Ôm (Ω)
Giới thiệu chung về bộ chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu là bộ biến đổi biến đổi dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều. Cấu trúc của bộ chỉnh lưu
Hình 1 4 Cấu trúc mạch chỉnh lưu
Biến áp là thiết bị chuyển đổi điện áp từ mức quy chuẩn của lưới điện xoay chiều U sang điện áp U1 2 phù hợp với nhu cầu của tải Tùy thuộc vào loại tải, máy biến áp có thể hoạt động như một thiết bị tăng áp hoặc giảm áp Ngoài ra, biến áp còn có chức năng chuyển đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van, với số pha tối đa thường là 3, nhưng có thể cần đến 6 hoặc 12 pha trong một số trường hợp.
Mạch van: là các van bán dẫn được mắc với nhau theo cách nào đó để tiến hành quá trình chỉnh lưu.
Mạch lọc: nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải là bằng phẳng theo yêu cầu.
Phân loại mạch chỉnh lưu
Phân loại theo số pha nguồn cấp cho van
Phân loại theo van bán dẫn trong mạch
Mạch van dùng diot là chỉnh lưu không điều khiển
Mạch van dùng thyristor là chỉnh lưu có điều khiển
Mạch van kết hợp diot và thyristor là chỉnh lưu bán điều khiển.
Phân loại theo sơ đồ mắc van trong mạch
Sơ đồ hình tia cho thấy số lượng van tương ứng với số pha nguồn cung cấp cho mạch van Tất cả các van được kết nối chung tại một đầu, có thể là anot chung hoặc catot chung.
Sơ đồ cầu cho thấy số lượng van gấp đôi so với số pha nguồn cấp cho mạch van Trong sơ đồ này, một nửa số van được mắc chung catot, trong khi nửa còn lại được mắc chung anot.
Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ra ba tiếp giáp p-n: J1, J2, J3 Thyristor có ba cực Anode (A), Cathode (K), cực điều khiển (G – Gate)
1.2.4 Đặc tính Vôn-Ampe của Thyristor
Hình 1 7 Đặc tính vôn-ampe của thyristor Đặc tính Vôn-Ampe của một Thyristor gồm hai phần:
Đặc tính thuận được xác định trong góc phần tư thứ I khi điện áp U > 0, trong khi đặc tính ngược AK nằm trong góc phần tư thứ III tương ứng với trường hợp U < 0.
Khi dòng điện vào cực điều khiển của Thyristor bằng không (I = 0) hoặc khi cực điều khiển bị hở mạch, Thyristor sẽ ngăn chặn dòng điện, bất kể phân cực điện áp giữa Anode và Cathode.
Khi điện áp U < 0, Thyristor hoạt động như hai diode mắc nối tiếp phân cực ngược, với hai tiếp giáp JAK 1 và J3 đều phân cực ngược, trong khi lớp J phân cực thuận Do đó, chỉ có một dòng điện rất nhỏ, gọi là dòng rò, chạy qua Thyristor Khi điện áp U tăng đến giá trị tối đa Ung.max, hiện tượng sẽ xảy ra.
Khi thyristor bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên đáng kể Tương tự như trong đoạn đặc tính ngược của diode, nếu điện áp U giảm xuống dưới mức Ung.max, dòng điện AK sẽ không trở về mức dòng rò, dẫn đến việc thyristor bị hỏng.
Khi điện áp Anode-Cathode (UAK) tăng theo chiều thuận (U > 0), ban đầu chỉ có dòng rò rất nhỏ chạy qua, cho thấy điện trở tương đương của mạch vẫn lớn Tại thời điểm này, các tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, trong khi J2 phân cực ngược Khi UAK đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất (UAK th.max), điện trở tương đương đột ngột giảm, cho phép dòng điện qua Thyristor chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài Nếu dòng qua Thyristor vượt quá mức dòng tối thiểu (Idt), Thyristor sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận Đoạn đặc tính thuận này được đặc trưng bởi tính chất dẫn dòng, phụ thuộc vào giá trị của phụ tải, trong khi điện áp rơi trên Anode-Cathode lại nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị dòng điện.
Khi có dòng điện vào cực điều khiển (I > 0), nếu dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển (G) và Cathode, quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ diễn ra sớm hơn với U < Uth th.max Hình 1.2 minh họa điều này bằng những đường nét đứt, tương ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau như I1, I2, I3 Nếu dòng điều khiển lớn hơn, điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với U nhỏ hơn Mỗi loại Thyristor sẽ được chế tạo với một dòng điều khiển định mức Iđk đm.
1.2.5 Điều kiện mở khóa van Thyristor.
Thyristor là một linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện chỉ chạy theo một chiều từ Anode đến Cathode, không cho phép dòng chạy ngược lại Để Thyristor dẫn dòng, cần có điện áp U > 0 và điện áp điều khiển AK phải dương, vì vậy nó được xem là phần tử bán dẫn có điều khiển.
Khi được phân cực thuận với U > 0, Thyristor có thể được kích hoạt theo hai phương pháp Đầu tiên, điện áp giữa Anode và Cathode (AK) có thể được tăng lên cho đến khi đạt giá trị điện áp thuận tối đa.
Uth.max, điện trở tương đương trong mạch Anode-Cathode sẽ giảm đột ngột và dòng qua
Thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định Phương pháp này trên thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn.
Phương pháp điều khiển Thyristor thứ hai là áp dụng một xung dòng điện vào giữa cực điều khiển và Cathode, giúp chuyển trạng thái của Thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp khi điện áp Anode-Cathode nhỏ Nếu dòng qua Anode-Cathode vượt quá giá trị dòng duy trì (I), Thyristor sẽ tiếp tục dẫn mà không cần xung điều khiển Điều này cho phép điều khiển mở Thyristor bằng các xung dòng có độ rộng nhất định, giúp giảm công suất mạch điều khiển so với công suất mạch lực mà Thyristor tham gia.
Thyristor sẽ trở về trạng thái khóa khi dòng điện giảm về không, dẫn đến điện trở Anode-Cathode tăng cao Để duy trì trạng thái khóa, cần một khoảng thời gian cho các lớp tiếp giáp phục hồi tính cản trở khi điện áp Anode-Cathode dương (UAK > 0) Khi Thyristor dẫn dòng, hai lớp tiếp giáp J1 và J3 phân cực thuận, cho phép dòng điện chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3 Để khóa Thyristor, cần giảm dòng Anode-Cathode về không bằng cách đổi chiều dòng điện hoặc áp điện áp ngược lên Anode và Cathode Sau khi dòng về bằng không, áp điện áp ngược (UAK < 0) trong một khoảng thời gian tối thiểu sẽ khiến Thyristor khóa lại Trong thời gian phục hồi, sẽ có một dòng điện ngược chạy giữa Cathode và Anode, và thời gian phục hồi này là một thông số quan trọng, xác định dải tần số làm việc của Thyristor, với giá trị khoảng 5 ÷ 10 µs cho Thyristor tần số cao và 50 ÷ 200 µs cho Thyristor tần số thấp.
1.2.6 Các thông số cơ bản của Thyristor
Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua Thyristor phụ thuộc vào nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn, không được vượt quá mức cho phép Dòng điện này cũng bị ảnh hưởng bởi điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trường Thyristor có thể được lắp đặt trên các bộ tản nhiệt tiêu chuẩn và sử dụng phương pháp làm mát tự nhiên Ngoài ra, việc làm mát có thể được cải thiện bằng cách sử dụng quạt gió hoặc hệ thống làm mát bằng nước để tăng hiệu suất tản nhiệt Các điều kiện làm mát sẽ được thảo luận chi tiết hơn ở phần sau, nhưng có thể lựa chọn dòng điện dựa trên kinh nghiệm về các điều kiện làm mát cụ thể.
- Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió
Làm mát cưỡng bức bằng nước là một phương pháp quan trọng trong việc bảo vệ Thyristor, với điện áp ngược cho phép lớn nhất U ng max Giá trị này cần được tuân thủ để đảm bảo rằng điện áp giữa anot và catot luôn nhỏ hơn hoặc bằng U ng max tại mọi thời điểm Ngoài ra, cần có một độ dự trữ điện áp nhất định, do đó, điện áp được chọn nên đạt ít nhất từ 1,2 đến 1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của điện áp.
Thời gian phục hồi tính chất khóa của Thyristor là khoảng thời gian tối thiểu cần thiết để áp dụng điện áp âm giữa anot và catot sau khi dòng điện đã trở về 0, trước khi có thể áp dụng điện áp dương mà Thyristor vẫn giữ trạng thái khóa Đây là một thông số rất quan trọng, đặc biệt trong các bộ nghịch lưu phụ thuộc hoặc nghịch lưu độc lập, và cần đảm bảo thời gian khóa phải gấp 1,2 đến 1,5 lần so với thời gian phục hồi.
Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs)
THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
Mạch động lực chỉnh lưu cầu 3 pha tải điện trở
Hình 2 1 Mạch động lực chỉnh lưu cầu 3 pha tải điện trở
Tính chọn van mạch lực
Tính toán thông số van
Thiết kế bộ điều áp xoay chiều 3 pha cấp cho lò điện trở Công suất lò 9kW Nguồn cấp xoay chiều ba pha 3x380V; 50Hz Dùng van Thyristor
Dòng điện mỗi pha của phụ tải:
(2.1) Điện trở pha của tải :
Chọn chỉ tiêu dòng van dựa vào trị số trung bình:
Vậy cần chọn thyristor với trị số dòng điện cỡ:
Chọn chỉ tiêu điện áp, theo bảng 2.2 ta có:
Vậy cần chọn thyristor chịu được khoảng điện áp :
Tra phụ lục 2 (trang 432 – sách hướng dẫn thiết kế điện tử công suất) chọn loại Thyristor T10-20 với thông số như bảng: di dt / t ph
2.3 Tính chọn biSn áp lực
Theo đề bài ra ta có: P= 30 kW
Công suất biến áp nguồn được tính bởi:
(2.7) Điện áp các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp: Điện áp thứ cấp:
Giá trị Ku tra bảng 1.1 Điện áp sơ cấp bằng điện áp nguồn cấp: 380 V
Dòng điện các cuộn dây: (tính theo các thông số trong bảng 1.1)
Dòng điện của cuộn thứ cấp:
(2.9) Dòng điện của cuộn sơ cấp:
2.4 Tính chọn các phần tử bảo vệ
Chọn độ dự trữ điện áp Điện áp tối đa cho phép đặt lên van khi hoạt động là:
Hệ số quá áp khi làm việc:
Tra đồ thị (1.22 trang) với k = 1,71 có C*= 0,25; ;
Dòng qua tải, cũng chính là dòng qua van, có giá trị tức thời lớn nhất bằng:
Tốc độ giảm dòng nhanh nhất khi van khóa lại:
Dùng đồ thị hình 1.28 trang 59 theo tốc độ giảm dòng và dòng điện trung bình có điện tích lũy trong van là: Q=1,3Aμs
Vì , suy ra cần chọn điện trở bảo vệ trong phạm vi 36 < R < 76 ,
2.4 Bảng liệt kê danh sách thiSt bU
STT Tên thiSt bU Số lượng Thông số
Bảng liệt kê danh sách thiết bị
STT Tên thiSt bU Số lượng Thông số
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Yêu cầu chung của mạch điều khiển
- Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng thứ tự pha và theo đúng góc điều khiển α cần thiết.
- Đảm bảo phạm vi điều khiển α ÷ α tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tảimin max của mạch lực.
- Cho phép bộ điều áp làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu. Góc điều khiển mọi van không được lệch quá (1 ÷ 3) điện o
- Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị điện áp và tần số.
- Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt.
- Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1ms.
- Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van phù hợp để mở chắc chắn van.
Cấu trúc tổng quát của mạch điều khiển
Nguyên tắc điều khiển ngang
- Khâu đồng bộ thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực.
- Khâu dịch pha có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp ra dưới tác dộng của điện áp điều khiển U đk
- Xung điều khiển được tạo thành ở khâu tạo xung vào thời điểm khi điện áp dịch pha Udf qua điểm 0.
- Xung này nhờ khâu khuếch đại xung được tăng đủ công suất được gửi tới cực điều khiển của van
Góc điều khiển α và thời điểm phát xung mở van có thể thay đổi nhờ tác động của điện áp U, làm cho điện áp U di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian.
Hình 3 1 Sơ đồ cấu trúc theo nguyên tắc điều khiển ngang
Nguyên tắc điều khiển dọc
Khâu đồng bộ sản xuất điện áp hình sin với góc lệch pha cố định so với điện áp lực Trong khi đó, khâu U tạo ra điện áp có dạng cố định, thường là dạng răng cưa hoặc hình sin, theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của U.
Khâu so sánh xác định điểm cân bằng của điện áp U và U để phát động khâu tạo xung.tựa đk
Trong nguyên tắc điều khiển dọc, thời điểm phát xung mở van hoặc góc điều khiển sẽ thay đổi khi trị số của điện áp U biến động so với điện áp U di chuyển dọc theo trục điều khiển tựa biên độ.
Hình 3 2 Sơ đồ cấu trúc theo nguyên tắc điều khiển dọc
Lựa chọn nguyên tắc mạch điều khiển
Nguyên tắc điều khiển dọc tạo ra các xung điều khiển bằng cách so sánh tín hiệu điện áp hình răng cưa với điện áp lưới, phù hợp với góc pha của điện áp Mặc dù hệ thống này phức tạp, nhưng nó có nhiều ưu điểm, bao gồm khoảng điều chỉnh góc mở α rộng, ít phụ thuộc vào biến động của điện áp nguồn và khả năng tự động hóa cao Mỗi chu kỳ của điện áp anốt thyristor chỉ có một xung mở, giúp giảm tổn thất trong mạch điều khiển, vì vậy hệ thống này được sử dụng rộng rãi.
*Vì vậy, quyết định thiết kế mạch điều khiển theo nguyên tắc điều khiển dọc trong đồ án này.
Tính chọn các khâu trong mạch điều khiển
Chọn điện áp xoay chiều 380V từ mạch lực qua biến áp TI1 có số hệ số = 30.Điện trở
R 1 để hạn chế dòng điện đi vào khuyếch đại thuật toán OA 1 , thường chọn R 1 sao cho dòng vào khuyếch đại thuật toán I v < 1 mA.
Chọn R 1 (kΩ) Đồ thị điện áp khâu đồng pha
Hình 3 4 Đồ thị điện áp khâu đồng pha
3.3.2 Khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 3 5 Sơ đồ khâu tạo điện áp răng cưa
Nguyên lý làm việc của hệ thống bắt đầu với điện áp V dạng hình sin, qua khuếch đại thuật toán 1, tạo ra chuỗi xung chữ nhật đối xứng U Phần áp dương của điện áp chữ nhật U được chuyển qua điốt D tới khuếch đại thuật toán 2, từ đó tích phân thành điện áp tựa U Trong khi đó, điện áp âm của U mở thông diode zenerrc db, dẫn đến hiện tượng ngắn mạch (với U = 0) trong vùng U âm Điện áp răng cưa hình thành từ quá trình nạp của tụ C 1 Để đảm bảo điện áp tựa có tính tuyến tính trong nửa chu kỳ điện áp lưới, hằng số thời gian của tụ nạp cần được điều chỉnh phù hợp.
- Thời gian tụ C1 phóng điện chính là thời gian tương ứng phạm vi điều chỉnh góc điều khiển α.
- Chọn diode ổn áp D là loại: BZX79A10 có U = 10V.z1 Dz
Hình 3 6 Đồ thị khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 3 7 Khâu so sánh Điều kiện làm việc của OA
Để có hiện tượng thay đổi trạng thái ở đầu ra (Uss), các điện áp đưa vào so sánh (U và U) cần phải cùng dấu, tức là cùng “-” hoặc cùng “+” Đồng thời, độ chênh lệch tối đa giữa hai cửa trong quá trình hoạt động không được vượt quá giới hạn cho phép của OA.
Các điện trở ở hai cửa vào của OA không nhất thiết phải chính xác, miễn là chênh lệch điện áp giữa các đầu vào ΔUvOA lớn hơn chênh lệch điện áp tối đa của Utựa với Uđk Nếu chênh lệch (U – U) vượt quá mức cho phép của OA, cần phải sử dụng các điện trở điều kiện và kết hợp với hai điốt đấu song song ngược để bảo vệ đầu vào của OA.
Trong sơ đồ điều khiển này, ta dùng kiểu so sánh hai cửa, do đó điện áp ra sẽ tuân theo quy luật:
Với Ko là hệ số khuếch đại của OA.
Uss = U = Kra o.(Uđk – Urc) (3.4) Đồ thị khâu so sánh điện áp.
Hình 3 8 Đồ thị điện áp khâu so sánh giữa Urc và Uđk
Tạo dao động xung dùng 3 IC logic NOT và mạch RC để tạo thành dao động xung với chu kì tần số dao động khoảng 10kHz.
Tần số 10 kHz tương đương chu kỳ là:
Chọn IC4081 họ CMOS có 6 cổng AND với các thông số:
- Công suất tiêu thụ: P = 2,5 nW/1 cổng.
- Dòng làm việc: I lv < 1 mA
- Điện áp ứng với mức logic “1” là V Đồ thU khâu tạo xung
Hình 3 10 Đồ thị khâu tạo xung
3.3.5 Khâu khuSch đại và biSn áp xung
Hình 3 11 Khâu khuếch đại và biến áp xung
Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần đặc tính từ hoá có ΔB = 0,3T; ΔH = 30 (A/m) không có kẽ hở không khí.
Tỉ số biến áp xung chọn m = 3 Điện áp thứ cấp máy biến áp xung:
U 2 = U dk = 3 (V) (3.7) Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung:
Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung:
Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung:
(3.10) Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: μ = = = 8.10 3 (H/m)
Với μ 0= 1,25.10 − 6 (H/m) là độ từ thẩm của không khí.
Thể tích lõi thép cần có:
Chọn mạch từ với thể tích V = 1,4 cm³, có các kích thước như sau: a = 4,5 mm, b = 6 mm, Q = 27 mm², d = 12 mm, D = 21 mm Chiều dài trung bình của mạch từ là l = 5,2 cm.
Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung:
Theo định luật cảm ứng điện từ có:
+ Số vòng dây sơ cấp:
+ Số vòng dây thứ cấp:
Tất cả các điôt trong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có các thông số:
Dòng điện định mức: I dm = 10 mA Điện áp ngược lớn nhất: U N = 25 V Điện áp để cho điôt mở thông: U m = 1 Đồ thU khâu biSn áp xung
Hình 3 12 Đồ thi điện áp khâu biến áp xung
MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG
Giới thiệu phần mềm mô phỏng PSIM
Phần mềm PSIM là công cụ mô phỏng mạnh mẽ, được thiết kế đặc biệt cho việc mô phỏng các mạch điện tử công suất và hệ truyền động điện Với thư viện phong phú, khả năng mô phỏng nhanh, giao diện thân thiện và dễ sử dụng, PSIM hỗ trợ hiệu quả trong việc phân tích các bộ biến đổi điện tử công suất, thiết kế vòng điều khiển kín và nghiên cứu các hệ thống truyền động điện.
Hình 4 1 Giao diện mô phỏng PSIM
The top section of PSIM features a standard toolbar that includes options such as File, Edit, View, Subcircuit, Element, Simulate, Option, Window, and Help All actions within PSIM can be executed through this toolbar, providing a comprehensive interface for users.
Thanh công cụ dưới cùng bao gồm các chức năng thiết yếu như New, Save, Open, cùng với các lệnh phổ biến như Wire (nối dây), Zoom, và Run Simulation (chạy mô phỏng) Ngoài ra, thanh này cũng chứa các linh kiện điện tử thường sử dụng như điện trở, cuộn cảm, tụ điện và thyristor.
Sau khi hoàn tất việc mô phỏng mạch lực và mạch điều khiển, bạn sẽ thấy hộp thoại Simulate Simulation xuất hiện Hai thông số quan trọng cần chú ý là Time Step (bước thời gian tính toán) và Total Time (tổng thời gian mô phỏng), cả hai đều được tính bằng giây Việc lựa chọn Time Step và Total Time cần phải phù hợp với từng loại mạch; Time Step nhỏ hơn sẽ mang lại độ chính xác cao hơn và đồ thị mượt mà hơn, nhưng nếu chọn Time Step quá nhỏ và Total Time quá lớn, thời gian chạy mô phỏng sẽ kéo dài Sau khi đã thiết lập các thông số, bạn có thể bắt đầu mô phỏng bằng cách chọn Simulate Run Simulation.
Chương trình PSIM Simulation sẽ khởi động và tự động mở SIMVIEW Nếu cửa sổ SIMVIEW không hiện ra, bạn có thể vào Simulate ≫ Run SIMVIEW để mở nó Trong cửa sổ SIMVIEW, có một hộp thoại cho phép bạn chọn các đại lượng hiển thị, hãy chọn đại lượng mong muốn và nhấn Add, sau đó OK Nên đặt lại tên cho các đại lượng để dễ theo dõi bằng cách click đúp vào phần tử trong PSIM Schematic Lưu ý rằng các đại lượng có giá trị khác nhau, vì vậy để quan sát đầy đủ, hãy hiển thị chúng trên các hệ trục tọa độ khác nhau bằng cách sử dụng lệnh Screen Add Screen Để thêm hoặc bớt đồ thị trên một màn hình cụ thể, hãy click chuột vào khu vực đó, một dấu màu đỏ sẽ hiện ra để đánh dấu màn hình được chọn, sau đó sử dụng lệnh Screen Add/Delete Curve.
4.2 ThiSt kS mạch a Sơ đồ thiSt kS mạch lực
Hình 4 2 Sơ đồ thiết kế mạch lực b Sơ đồ thiSt kS mạch điều khiển
Hình 4 3 Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển
4.3 Mô phỏng các khâu trên psim Đồ thU khâu đồng pha và khâu đồng bộ
Hình 4 4 Đồ thị khâu đồng bộ pha và khâu đồng bộ. Đồ thU khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 4 5 Đồ thị khâu tạo điện áp răng cưa. Đồ thU khâu so sánh
Hình 4 6 Đồ thị khâu so sánh Đồ thU khâu tạo xung chùm
Hình 4 7 Đồ thị khâu tạo xung chùm. Đồ thU khâu khuSch đại xung
Hình 4 8 Đồ thị khâu khuếch đại xung. Đồ thị điện áp ra tải
Hình 4 9 Đồ thị điện áp ra tải
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Nội dung đã tìm hiểu
- Tìm hiểu tổng quan về lò điện trở, chức năng, ứng dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động.
- Tìm hiểu cấu tạo chức năng của van thyristor
- Tìm hiểu về chỉnh lưu cầu 3 pha
- Phân tích được sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải điện trở
- Thiết kế sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha tải điện trở
- Tìm hiểu và tính toán được mạch bảo vệ
- Chọn van bán dẫn thyristor theo yêu cầu đề bài
-Tìm hiểu được chức năng của từng khâu trong mạch điều khiển.
-Tính toán được thông số các khâu đồng bộ, răng cưa, so sánh, khuếch đại và biến áp trong mạch điều khiển.
-Đưa ra đồ thị của từng khâu.
-Mô phỏng dạng đồ thị đúng với tính toán như ở chương 3.
-Do vẫn còn sai số nên điện áp ra trên tải vẫn còn lệch.
-Đồ thị các khâu đồng bộ, răng cưa, so sánh giống như tính toán
5.2 Những hạn chS chưa làm được
-Chưa tìm hiểu được các loại tải khác như tải RL, tải RLE
-Các loại điều áp khác như chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu tia 3 pha,…
-Tìm hiểu về các loại van bán dẫn khác có chức năng tương tự như Triac,….
-Chưa tìm hiểu được phương pháp điều khiển, mạch điều khiển khác…
Trong đồ án này, chúng tôi chỉ thực hiện điều khiển vòng hở, không sử dụng tín hiệu phản hồi mà chỉ dựa vào tín hiệu đặt, do đó quy trình trở nên khá đơn giản.
Hướng phát triển tiếp theo là thiết kế và thực hiện hệ thống điều khiển vòng kín với tín hiệu phản hồi và mức độ phức tạp cao hơn, dựa trên lượng tín hiệu phản hồi và quy tắc xử lý giữa chúng với điện áp đặt Các bộ tự động điều chỉnh điển hình như bộ điều chỉnh tỷ lệ P, PI, PID sẽ được áp dụng trong hệ thống này.
Em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp, hướng dẫn từ thầy Đàm Khắc Nhân để em hoàn thành được đồ án này.
Mô phỏng các khâu trên psim
Đồ thU khâu đồng pha và khâu đồng bộ
Hình 4 4 Đồ thị khâu đồng bộ pha và khâu đồng bộ. Đồ thU khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 4 5 Đồ thị khâu tạo điện áp răng cưa. Đồ thU khâu so sánh
Hình 4 6 Đồ thị khâu so sánh Đồ thU khâu tạo xung chùm
Hình 4 7 Đồ thị khâu tạo xung chùm. Đồ thU khâu khuSch đại xung
Hình 4 8 Đồ thị khâu khuếch đại xung. Đồ thị điện áp ra tải
Hình 4 9 Đồ thị điện áp ra tải.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Nội dung đã tìm hiểu
- Tìm hiểu tổng quan về lò điện trở, chức năng, ứng dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động.
- Tìm hiểu cấu tạo chức năng của van thyristor
- Tìm hiểu về chỉnh lưu cầu 3 pha
- Phân tích được sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tải điện trở
- Thiết kế sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha tải điện trở
- Tìm hiểu và tính toán được mạch bảo vệ
- Chọn van bán dẫn thyristor theo yêu cầu đề bài
-Tìm hiểu được chức năng của từng khâu trong mạch điều khiển.
-Tính toán được thông số các khâu đồng bộ, răng cưa, so sánh, khuếch đại và biến áp trong mạch điều khiển.
-Đưa ra đồ thị của từng khâu.
-Mô phỏng dạng đồ thị đúng với tính toán như ở chương 3.
-Do vẫn còn sai số nên điện áp ra trên tải vẫn còn lệch.
-Đồ thị các khâu đồng bộ, răng cưa, so sánh giống như tính toán
5.2 Những hạn chS chưa làm được
-Chưa tìm hiểu được các loại tải khác như tải RL, tải RLE
-Các loại điều áp khác như chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu tia 3 pha,…
-Tìm hiểu về các loại van bán dẫn khác có chức năng tương tự như Triac,….
-Chưa tìm hiểu được phương pháp điều khiển, mạch điều khiển khác…
Trong đồ án này, chúng tôi thực hiện điều khiển vòng hở, không sử dụng tín hiệu phản hồi mà chỉ dựa vào tín hiệu đặt, do đó quá trình điều khiển trở nên đơn giản hơn.
Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển vòng kín với tín hiệu phản hồi và độ phức tạp cao hơn, tùy thuộc vào lượng tín hiệu phản hồi và quy tắc xử lý giữa chúng với điện áp đặt Các bộ tự động điều chỉnh tiêu biểu như bộ điều chỉnh tỷ lệ P, PI và PID có thể được áp dụng trong hệ thống này.
Em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp, hướng dẫn từ thầy Đàm Khắc Nhân để em hoàn thành được đồ án này.