Đồ án điên tử công suất

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng KH-KT nói chung và trong lĩnh vực Điện – Tự động hoá nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi cùng ngày. Cùng với sự tiến bộ của khoa học và Công nghệ,các thiết bị điện tử đã đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng rộng rãi và mang hiệu quả cao trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và công nghê thông tin cũng như trong đời sống xã hội. Công nghiệp ngày càng phát triển,lượng bụi thải ra ngày càng nhiều thì vấn đề bảo vệ sức khoẻ con người,bảo vệ môi trường càng đặc biệt được quan tâm.Lọc bụi trong công nghiệp là một trong những vấn đề cần thiết và bắt buộc. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện là thiết bị thu bụi tiến tiến nhất hiện này và được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp nặng như : Luyện kim,Khai khoáng,công nghiệp hoá chất…. Sau khi học tập và rèn luyện chúng em được phân đề tài : “Thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện ”. Qua thời gian tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo : Đỗ Mạnh Cường cùng các thầy cô trong Viện Điện,bản đồ án của chúng em đã hoàn thành. Do trình độ hạn chế và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi nhiều sai sót,rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo. Em xin cảm ơn! 1 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ LỌC BỤI 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ LỌC BỤI: Nền khoa học công nghiệp ngày càng phát triển vượt bậc, kéo theo là sự phát triển không ngừng của các nhà máy xí nghiệp dần đáp ứng được nhu cầu của con người về mọi mặt. 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 khu 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 lý bụi cho các nhà máy xí nghiệp là thực sự cần thiết và có vai trò ngày càng quan trọng. Khi thiết kế hệ thống lọc bụi vấn đề đặt ra đối với các nhà máy là chọn hệ thống lọc bụi nào cho phù hợp với nhà máy của mình, trong số rất nhiều phương pháp lọc bụi hiện nay. Các phương pháp lọc bụi thường được xử dụng hiện nay là: • Lọc bụi kiểu buồng lắng bụi • Lọc bụi kiểu ly tâm-xiclon. • Lọc bụi kiểu quán tính. • Lọc bụi bằng lưới lọc, vải,thép, giấy,… • Lọc bụi tĩnh điện. Trong đó phương pháp lọc bụi 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 sản xuất phân bón hóa học, công nghiệp gốm,…Nó có các ưu điểm cơ bản như: hiệu suất thu bụi cao, chi phí năng lượng thấp, có thể làm việc với áp xuất chân không hoặc áp suất cao và đặc biệt là nó có thể điều khiển và tự động hóa hoàn toàn. 1.2. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN: 2 . Các ion khí được tạo ra chủ yếu trong vùng quầng sáng. Dưới tác dụng của lực điện trường các ion sẽ chuyển động về phía các điện cực trái dấu với chúng. Các ion dương chuyển dịch về phía điện cực âm (điện cực quầng sáng). Các ion âm chuyển dịch về phía điện cực dương ( điện cực lắng). Sự chuyển dịch dòng các ion về phía các điện cực trái dấu tạo ra dòng điện. Dòng điện này được gọi là dòng điện quầng sáng. Khi thổi khí thải có chứa bụi bẩn qua không gian giữa hai điện cực thì các ion sẽ bám dính trên bề mặt của các hạt bụi và các hạt bụi trở lên mang điện tích. Khi đến các điện cực các hạt bụi bị hút và lắng lại trên bề mặt các điện cực. Lượng bụi được lắng chủ yếu trên bề mặt các điện cực lắng. Trên bề mặt điện cực quầng sáng cũng có bụi lắng lại nhưng lượng bụi này nhỏ không đáng kể so với lượng bụi lắng lại ở điện cực lắng. Theo mức độ tích tụ bụi trên bề mặt điện cực người ta định kỳ rung lắc điện cực hoặc xối nước rửa điện cực và thu lấy bụi. Với công nghệ lọc bụi này khi thiết kế ta gặp phải một số ván đề sau: +) Điện áp trên cao áp lọc rất cao là 80kV.Với điện áp cao này ta sẽ rất khó chọn van dẫn đến giá thành của hệ thống sẽ rất cao. +) Trong quá trình lọc do lượng khí giữa hai bản cực khi ion hóa tạo thành dòng điện lên hệ thống rất hay bị ngắn mạch. Vì vậy ta phải thiết kế một hệ thống chống ngắn mạch và tự động đóng mạch vào điện áp làm việc sau khi kết thúc phóng điện. Điện áp của thiết bị lọc bụi phải được tăng dần ổn định để đảm bảo cho lượng bụi được hút ổn định và tránh sự phóng điện không kiểm soát được giữa các bản cực. 3 Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lọc bụi tĩnh điện 1.3 XUT CC PHNG N Phơng án 1: Điện áp từ lới điện 3 pha đợc đa vào bộ điều áp xoay chiều ba pha rồi đợc đa vào máy biến áp. Bên thứ cấp máy biến áp đợc nối với bộ chỉnh lu không điều khiển dùng Điốt. Phơng án 2: Điện áp từ lới điện ba pha đợc đa trực tiếp vào sơ cấp máy biến áp 3 pha loại tự ngẫu. Bên thứ cấp máy biến áp đợc nối với bộ chỉnh lu điều khiển dùng Tiristo. 1. Phõn tớch phng ỏn 1 Ta có sơ đồ khối của phơng án: Hỡnh 2: S khi ca phng an 1. * Phân tích u nhợc điểm. - Ưu điểm: Do điện áp vào bộ điều áp nhỏ 380V nên điên áp ngợc đặt lên Tiristo cũng nhỏ nên dễ chọn van. Do yêu cầu dòng tải nhỏ nên dòng qua điốt cũng nhỏ rất thuận tiện và dễ dàng chọn điốt. Tuy sau khâu điều áp thì điện áp là không sin nhng nhờ máy biến áp có tính chất lọc các điều hòa bậc cao. Do vậy mà sau khi qua khâu điều áp và máy biến áp thì điện áp làm việc ổn định tốt cho hệ thống cực lọc. Do bên sơ cấp máy biến áp có điện áp cao nên số lợng điốt trong bộ chỉnh lu là nhiều. Rõ ràng so với phơng án 2 dùng chỉnh lu điều khiển dùng Tiristo thì rất lợi về mặt kinh tế do giá thành Tiristo đắt hơn so với Điốt. 4 - Nhợc điểm: Do dùng cả hai khâu điều áp và chỉnh lu nên cần dùng nhiều van. Vấn đề điều khiển Tiristo trong khâu điều áp là phức tạp vì cùng một lúc phải kích mở hai Tiristo ở hai pha khác nhau. 1. Phõn tớch phng ỏn 2 Trong phơng án này thì sơ cấp máy biến áp đợc đấu trực tiếp vào lới điện ba pha. Bên thứ cấp máy biến áp sẽ cho một điện áp cao và cùng tần số với điện áp vào. Hỡnh 3 S khi ca phng ỏn 2. * Phân tích u nhợc điểm của phơng án. Ưu điểm: 1. So với phơng án 1 thì giảm bớt khâu điều áp xoay chieu hệ thống bớt cồng kềnh. 2. Do yêu cầu dòng tải nhỏ nên dòng qua van cũng nhỏ nên dễ chọn van. Nhợc điểm: 1. Bên thứ cấp máy biến áp có điện áp cao nên bắt buộc phải nối nối tiếp nhiều Tiristo lại để chia áp ngợc đặt lên van. Do đó thiệt hại về kinh tế so với phơng án 1 là chỉnh lu dùng Điốt. 2. Điều khiển các Tiristo gặp rất nhiều khó khăn vì phải kích mở đồng thời nhiều van cùng một lúc, lắp đặt và thiết kế mạch bảo vệ rất phức tạp. Khi đó mạch sẽ rất rối rắm, phức tạp và khó ổn định điện áp làm việc cho thiết bị. Đây là nhợc điểm lớn nhất của phơng án. 5 Kết luận: Từ các phân tích cụ thể trên thì ta thấy mỗi phơng án đều có những u nhợc điểm riêng. Tuy nhiên nếu xét một cách tổng thể thì phơng án 1 là hợp lý hơn cả vì mạch chỉnh lu dùng Điốt là rẻ hơn rất nhiều so với dùng Tiristo cùng nhiều lý do khác nh phân tích ở trên. 6 CHƯƠNG 2:TÍNH CHỌN MẠCH LỰC Sơ đồ mạch động lực: Hình 4: Sơ đồ mạch động lực 7 Các tham số yêu cầu: Phương án Điện áp lưới (V-AC) Cao áp lọc (KV-DC) Dòng làm viêc (A- DC) 2 380 72 0.75 3.1 Bộ điều áp xoay chiều ba pha a. Sơ đồ Hình 5:Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều 3 pha b. Nhiệm vụ Điều khiển điện áp hiệu dụng để đưa vào sơ cấp máy biến áp. Khoảng điện áp đưa vào sơ cấp có thể điều chỉnh trong khoảng từ 0-440V. Nhờ có khâu này mà ta có thể điều chỉnh tự động được hệ thống. c. Hoạt động Các thyristor được điều khiển với góc điều khiển là α. Điện áp đưa vào là điện áp hình sin có U=400V. Sau khi qua bộ XAAC sẽ được giảm xuống mức cần thiết để điều chỉnh ổn định điện áp làm việc. Dạng điện áp ra của bộ điều áp phụ thuộc vào tải của nó và góc mở thyristor: 8  Xét tải thuần trở: Hình 6: Đồ thị biểu diễn chế độ làm việc các van thyristor -Khi α < θ < л : T1 mở , T2 khóa => U t =U xc -Khi л < θ < л+α : T1 khóa, T2 chưa mở do chưa nhận được xung điều khiển nên T2 vẫn khóa. => U t =0 -Khi л+α < θ <2л :T1 khóa , T2 mở = > U t =U xc Điện áp hiệu dụng trên tải sẽ là:  Xét tải trở cảm Hình 7: Đồ thị biểu diễn chế độ làm việc các van thyristor Khi góc điều khiển α ≤ φ dòng tải s là liên tục và không phụ thuộc góc điều khiển α. Điều này đúng nếu xung điều khiển là xung rộng. 9 Nếu xung điều khiển là xung hẹp dòng điện trong một nửa chu kỳ sẽ kéo dài quá thời điểm л+α . Do đó khi V 2 nhận được tín hiệu điều khiển tại л+α thì V 2 chưa thể mở ra được. Điều này dẫn đến điện áp ra trên tải chỉ có trong 1 nửa chu kỳ và dòng có dạng đập mạch 1 chiều. Với góc điều khiển α>φ dòng tải sẽ có dạng gián đoạn và luôn bắt đầu từ 0 tại θ=α. Dòng tải sẽ tuân theo quy luật: Điện áp hiệu dụng trên tải: với λ được xác định từ phương trình: Trong đó: 3.2 Chọn máy biến áp lực  Chọn máy biến áp ba pha trụ có sơ đồ đấu dây Y/Y làm mát bằng không khí tự nhiên(làm mát khô).  Tính các thông số cơ bản: - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U 1 ==219 V - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng khi có tải: U do cosα min =U d +2.∆U v +∆U dn +∆U ba Trong đó : α min =10 0 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới. ∆U v – sụt áp trên van. ∆U dn – sụt áp trên dây nối, ∆U dn =(ρ.l/S).I d 10 [...]... R7= 12 / (5.10-3) = 2,4 (KΩ) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Trần Trọng Minh 22 Giáo trình điện tử công suất , NXB Giáo dục – 2003 2 Nguyễn Bính Điện tử công suất, NXB Khoa học và kỹ thuật -2000 3 Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi Phân tích và giải mạch điện tử công suất, NXB Khoa học và kỹ thuật 4 Phạm Minh Hà Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Khoa học và kỹ thuật – 1997 Và một số tài liệu khác trên mạng 23 ... – Hệ số tỏa nhiệt đối lưu và bức xạ.Chọn Km = 10(W/m2 0C) Vậy : STN = = 0,096 (m2) Chọn các loại cánh tản nhiệt có 10 cánh kích thước mỗi cánh : a x b = 12 x 12 (cm x cm) Tổng diện tích tản nhiệt của cánh là : STN = 10.2.12.12 = 2880 cm2 = 0,288 m2 b) Tính toán cánh tản nhiệt cho Điốt +) Tổn thất công suất trên một Điốt : P = U Ilv = 3,8 0,25= 0,95 W +) Diện tích tỏa nhiệt Nhiệt độ làm việc cho phép... 92,547(A) - Công suất biểu kiến máy biến áp: + )Công suất tối đa trên tải: Pmax=3.UdoId=3.77497.0.75=174368,3(W)=174,368(kW) + )Công suất biểu kiến máy biến áp: S=KS.Pmax=1,05.174368,3=183086,7(VA)=183,086(kVA) 3.3 Tính chọn Điốt  Điện áp ngược đặt lên van: Unv = knv Trong đó : U - điện áp tải (cao áp lọc)(kV) Unv - điện áp ngược của van(kV) Knv- hệ số điện áp ngược Ku - hệ số điện áp tải Do sơ đồ chỉnh... van bán dẫn : a) Tính toán cánh tản nhiệt cho Thyristor Các thông số cần có ; +) Tổn thất công suất trên một Thyristor: P = U Ilv = 1,45 46.27 = 67,09 W 14 +) Diện tích tỏa nhiệt: STN = Trong đó : – Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Với điều kiện khí hậu của Việt nam,ta chọn nhiệt độ môi trường : TMT = 400 C Nhiệt độ làm việc cho phép là : T0cp = 1250C.Ta chọn nhiệt độ làm việc trên cánh tản... hệ số tỏa nhiệt đối lưu và bức xạ : km = 8 W/m2.oC Vậy diện tích tỏa nhiệt của van là : STN = = 0,0029 m2 Chọn cánh tản nhiệt có 4 cánh,kích thước mỗi cánh là : 15 a x b = 6 x 6 (cm x cm) Vậy diện tích tản nhiệt của cánh là : STN = 4.2.6.6 = 288 cm2 = 0,288 m2 3.5.2: Bảo vệ quá dòng cho van bán dẫn : Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực,tự động ngắt mạch khi quá tải và ngắn mạch Tiristo,ngắn mạch đầu... làm việc Hình 13: Sơ đồ khâu chống ngắn mạch làm việc Tín hiệu logic yêu cầu đứa đến chân 6 của TCA785 có U=3,3 V Chọn thời gian trễ 50 ms Đặt Ungưỡng=24V => RS= 24/ 2,1 = 11,43 (Ω) => chọn RS= 8 (Ω) Tính toán vi mạch MM74HC4538: Chọn VCC=4V Độ rộng xung ra chân 6 của vi mạch được xác định theo công thức: T=0,7.Rx.Cx ; => Chọn Cx=1(µF) và Rx=50.10-3/(10-6.0,7)= 71,4.10-3 (Ω) Tính toán optocoupler : Nguồn... đã chọn ở trên thì số van cần phải ghép song song với nhau là: n = = 27,05 27 Van  Tổng số điốt loại DSF1060SG60 là 27 6 = 162 van Tổn hao công suất trạng thái của điốt là: 12 P = Idmv ∆U 162 = 1 1,5 162 = 243 W Do vậy ta chọn chế độ làm mát cho van là dùng cánh tản nhiệt có đủ diện tích bề mặt tản nhiệt,không có quạt gió đối lưu không khí là hoàn toàn hợp lí 3.4 Tính chọn Thyristor * Điện áp làm... =9,3 (V) 4.3.Mạch tạo điện áp điều khiển UĐK +Nhiệm vụ: Tạo ra tín hiệu điều khiển U đk tăng dần đến giá trị E nào đó để đưa vào chân sô 11 của phần tử TCA785 so sánh với xung răng cưa tạo ra xung điều khiển ở chân 14,15 với góc α thay đổi nhỏ dần 20 +Sơ đồ nguyên lý mạch tạo tín hiệu điều khiển: Hình 12: Mạch tạo tín hiệu điện áp điều khiển Điện áp yêu cầu vào chân 11 của TCA785 là V11= 13V Do đó chọn... β=0,364/(2.10-3)=182 4.2.Mạch tạo xung điều khiển thyristor +Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng dần điện áp tải đến điện áp phóng điện +Sơ đồ nguyên lý : sử dụng vi mạch TCA785 19 Hình 11: Khâu tạo xung điều khiển thyristor Điện áp đồng bộ lấy là 12V => tỷ số biến đổi máy biến áp là =33,33~34 lần Với vi mạch TCA785 ta sử dụng nguồn nuôi 15V đưa vào chân 16 => V10max=VS-2= 15-2= 13 (V)... số điện áp ngược Ku - hệ số điện áp tải Do sơ đồ chỉnh lưu đã chọn là sơ đồ cầu ba pha nên: 11 knv = = 2,45 ku = = 2.34 Điện áp làm việc của van: Ulv = = 77,497.103 = 81154,7(V) = 81,155 (kV) Dòng trung bình qua van: ID = Id /3 = 0.75/3 = 0,25 (A) Với thông số làm việc của van như trên ta chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt đầy đủ diện tích tản nhiệt,không có quạt gió đối lưu không . cánh tản nhiệt có 10 cánh kích thước mỗi cánh : a x b = 12 x 12 (cm x cm) Tổng diện tích tản nhiệt của cánh là : S TN = 10.2.12.12 = 2880 cm 2 = 0,288 m 2 b) Tính toán cánh tản nhiệt cho Điốt. +). Chọn cánh tản nhiệt có 4 cánh,kích thước mỗi cánh là : a x b = 6 x 6 (cm x cm) 15 Vậy diện tích tản nhiệt của cánh là : S TN = 4.2.6.6 = 288 cm 2 = 0,288 m 2 3.5.2: Bảo vệ quá dòng cho van bán. Phõn tớch phng ỏn 1 Ta có sơ đồ khối của phơng án: Hỡnh 2: S khi ca phng an 1. * Phân tích u nhợc điểm. - Ưu điểm: Do điện áp vào bộ điều áp nhỏ 380V nên điên áp ngợc đặt lên Tiristo