ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ LÒ ĐIỆN TRỞ

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN1 MỤC LỤC2 BẢNG BIỂU HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ4 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ5 1.1.Giới thiệu chung về lò điện trở5 1.1.1.Định nghĩa5 1.1.2.Nguyên lý làm việc của lò điện trở5 1.1.3.Những vật liệu dùng làm dây nung5 1.1.4.Cấu tạo lò điện trở6 1.1.5.Phân loại lò điện trở8 1.2. Những vấn đề cần phải lưu ý trong việc thiết kế lò điện trở8 CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ11 2.1.Đề xuất các phương án tổng thể11 2.1.1.Sơ đồ đấu sao có dây trung tính12 2.1.2.Sơ đồ đấu sao không dây trung tính13 2.2.Lựa chọn phương án thiết kế mạch lực và mạch điều khiển19 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC20 3.1.Tính toán chọn van mạch lực20 3.2.Tính toán bảo vệ van bán dẫn23 3.2.1.Bảo vệ quá dòng23 3.2.2.Bảo vệ quá áp24 CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LÒ ĐIỆN TRỞ26 4.1.Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển26 4.2.Cấu trúc mạch điều khiển26 4.2.1.Khâu đồng pha27 4.2.2.Khâu đồng bộ28 4.2.3.Khâu tạo điện áp tựa ( dạng răng cưa đi xuống)28 4.2.4.Khâu so sánh30 4.2.5.Khâu tạo xung kép31 4.2.6.Khuếch đại công suất xung điều khiển34 4.2.7.Khâu phản hồi37 4.2.8.Khâu tạo điện áp điều khiển38 4.2.9.Khối nguồn39 4.2.10.Tính toán biến áp nguồn nuôi39 4.3.Mạch điều khiển40 CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ LÒ ĐIỆN TRỞ42 1.1.Mô phỏng mạch lực hệ thống42 1.2.Mô phỏng mạch điều khiển hệ thống43 KẾT LUẬN45 TÀI LIỆU THAM KHẢO46  

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đồ án do các thành viên trong nhómcùng thực hiện Những gì trình bày trong đồ án hoàn toàn là sựthật

Thay mặt nhóm em xin chịu trách nhiệm về đồ án của nhómmình

Thành viên nhóm 17Trần Thị Trang Dương Thị HằngNguyễn Thị Minh Thúy

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

BẢNG BIỂU HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ 5

1.1 Giới thiệu chung về lò điện trở 5

1.1.1 Định nghĩa 5

1.1.2 Nguyên lý làm việc của lò điện trở 5

1.1.3 Những vật liệu dùng làm dây nung 5

1.1.4 Cấu tạo lò điện trở 6

1.1.5 Phân loại lò điện trở 8

1.2 Những vấn đề cần phải lưu ý trong việc thiết kế lò điện trở 8

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 11

2.1 Đề xuất các phương án tổng thể 11

2.1.1 Sơ đồ đấu sao có dây trung tính 12

2.1.2 Sơ đồ đấu sao không dây trung tính 13

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế mạch lực và mạch điều khiển 19

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC 20

3.1 Tính toán chọn van mạch lực 20

3.2 Tính toán bảo vệ van bán dẫn 23

3.2.1 Bảo vệ quá dòng 23

3.2.2 Bảo vệ quá áp 24

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LÒ ĐIỆN TRỞ 26

4.1 Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển 26

4.2 Cấu trúc mạch điều khiển 26

4.2.1 Khâu đồng pha 27

4.2.2 Khâu đồng bộ 28

4.2.3 Khâu tạo điện áp tựa ( dạng răng cưa đi xuống) 28

4.2.4 Khâu so sánh 30

4.2.5 Khâu tạo xung kép 31

4.2.6 Khuếch đại công suất xung điều khiển 34

4.2.7 Khâu phản hồi 37

4.2.8 Khâu tạo điện áp điều khiển 38

4.2.9 Khối nguồn 39

4.2.10 Tính toán biến áp nguồn nuôi 39

4.3 Mạch điều khiển 40

CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ LÒ ĐIỆN TRỞ 42

1.1 Mô phỏng mạch lực hệ thống 42

1.2 Mô phỏng mạch điều khiển hệ thống 43

KẾT LUẬN 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

BẢNG BIỂU HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Hình 2.1 Sơ đồ nối sao trung tính

Hình 2.2 Sơ đồ nối sao không có dây trung tính 13

Hình 2.3 Đồ thị điện áp pha Ua với α =30 15

Hình 2.4 Đồ thị điện áp pha Ua với α =75 16

Hình 2.5 Đồ thị điện áp pha Ua với  = 120 17

Hình 2.6 Mối quan hệ giữa công suất tải và góc α 18

Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực của hệ thống 20

Hình 3.2 Sơ đồ mạch lực khi đã có các thiết bị bảo vệ dòng và áp 25

Hình 4.1 Giản đồ cấu trúc mạch điều khiển 26

Hình 4.2 Sơ đồ khâu đồng pha 27

Hình 4.3 Sơ đồ khâu đồng bộ 28

Hình 4.4 Sơ đồ khâu tạo răng cưa 28

Hình 4.5 Mạch so sánh kiểu hai cửa 30

Hình 4.6 Tạo xung đơn bằng mạch vi phân RC 32

Hình 4.7 Tạo xung kép bằng điốt từ xung đơn 33

Hình 4.8 Sơ đồ tối giản khuếch đại xung ghép biến áp xung 34

Hình 4.9 Sơ đồ đo nhiệt độ trong lò điện trở 37

Hình 4.10 Sơ đồ khâu khuếch đại điện áp phản hồi 37

Hình 4.11 Khâu tạo điện áp điều khiển 38

Hình 4.12 Khối nguồn lò điện trở 38

Hình 4.13 Biến áp nguồn nuôi 39

Hình 4.14 Mạch điều khiển một van 40

Hình 5.1 Mô phỏng sơ đồ mạch lực hệ thống 41

Hình 5.1 Kết quả mô phỏng mạch lực hệ thống 41

Hình 5.3 Mô phỏng sơ đồ mạch điều khiển hệ thống 42

Hình 5.4 Kết quả mô phỏng mạch điều khiển hệ thống 43

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ

1.1 Giới thiệu chung về lò điện trở

1.1.1 Định nghĩa

Lò điện trở là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năngthông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt qua bức xạ, đối lưu vàtruyền nhiệt dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gianhiệt Lò điện trở thường dùng để nung, sấy, nấu chảy kim loại,

1.1.2 Nguyên lý làm việc của lò điện trở

Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạyqua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ tỏa ra một lượng nhiệttheo định luật Jun-Lenxo:

Q- Lượng nhiệt tính bằng Jun(J)

I –Dòng điện tính bằng Ampe(A)

R –Điện trở tính bằng Ôm(Ω))

T –Thời gian tính băng giây(s)

Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò:

- Vật nung: Trường hợp này gọi là nung trực tiếp

- Dây nung: Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệtcho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp.Trường hợp này gọi là nung gián tiếp

Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật cóhình dạng đơn giản (tiết diện chữ nhật, vuông hoặc tròn)

Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp.Cho nên nói đến lò điện trở không thể không đề cập đến vật liệulàm dây nung, bộ phận làm phát nhiệt của lò

1.1.3 Những vật liệu dùng làm dây nung

a) Yêu cầu của vật làm dây nung:

Trong lò điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năngthành nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải làm

từ vật liệu thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Chịu được nhiệt độ cao

- Độ bền cơ khí lớn.

- Có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dàikhó bố trí trong lò hoặc tiết diện dây nhỏ, không bền)

- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (vì điện trở sẽ ít thay đổi theo nhiệt

độ, đảm bảo công suất lò)

- Chậm hóa già (tức là dây đốt ít bị biến đổi theo thời gian, do đóđảm bảo tuổi thọ của lò)

hóa học là 20 – 23%Cr, 75 – 78%Ni, còn lại là Fe và các chất khác

1.1.4 Cấu tạo lò điện trở

Lò điện trở thông thường gồm ba phần chính : vỏ lò, lớp lót, dâynung

a)Vỏ lò

Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọngtrong quá trình làm việc của lò Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữlớp cách nhiệt rời và đảm bảo sự kín hoàn toàn hoặc tương đối củalò

Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò phải hoàntoàn kín, còn đối với các lò điện trở bình thường, sự kín của vỏ lòchỉ cần giảm tổng thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnhvào lò, đặc biệt theo chiều cao lò

Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có thể làm vỏ lò khôngbọc kín

Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chịu được tải trọng của lớp lót,phụ tải lò (vật nung) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò.

rung…

khi cùng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lòtròn, người ta thường dùng thép tấm dày:

Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò

+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc

+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vậnchuyển trong điều kiện làm việc

+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn

+ Có đủ độ bền hóa học khi làm việc, chịu được tác dụng củakhí quyển lò và ảnh hưởng của vật nung.

+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu Điều này đặc biệt quantrọng đối với lò làm việc chu kỳ

- Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịulửa Mục đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt.Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ họcnhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu

Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là:

+ Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu

+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu

+ Ổn định về tính chất vật lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xácđịnh

Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điềnđầy bằng bột cách nhiệt

c) Dây nung

Theo các đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chiadây nung ra làm hai loại: dây nung kim loại và dây nung phi kimloại

Trong công nghiệp, các lò điện trở dùng phổ biến là dây nungkim loại

1.1.5 Phân loại lò điện trở

Phân loại lò điện trở có nhiều cách:

b)Hiệu quả về kĩ thuật

Hiệu quả về kĩ thuật là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại củakết cấu khi các thông số nó xác định( kích thước ngoài, công suất,trọng lượng giá thành v.v…)

Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suấttrên một đơn vị công suất định mức, suất tiêu hao điện để nungv.v…là các chỉ tiêu cơ bản của hiệu quả kĩ thuật Còn đối với từngphần riêng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹ thuật đượcđánh giá bằng công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v.v… ứngvới trọng lượng, kích thước hoặc giá thành kết cấu

c) Chắc chán khi làm việc

Chắc chắn khi làm việc là một trong những chỉ tiêu quan trọngnhất của chất lượng kết cấu của các là điện Thường các lò điệnlàm việc liên tục trong một ca, hai ca và ngay cả ba ca một ngày.Nếu trong khi làm việc một bộ phận nào đó không hoàn hảo sẽảnh hưởng đến quá trình sản xuất chung Điều này đặc biệt quan

trọng đối với các lò điện làm việc liên tục trong dây chuyền sảnxuất tự động Ngay đối với các lò điện làm việc chu kì, lò ngừngcũng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất vì khi ngừng lò đột ngột( nghĩa là phá hủy chế độ làm việc bình thường của lò) có thể dẫnđến các hư hỏng sản phẩm, lãng phí nguyên vật liệu và tăng giáthành sản phẩm.

Một trong những chỉ tiêu về sự chắc chắn khi làm việc của một

bộ phận đó của lò điện là khả năng thay thế nhanh hoặc khả năng

dự trữ lớn khi lò làm việc bình thường Theo quan điểm chắc chắn,trong thiết bị cần chú ý đến các bộ phận quan trọng nhất, quyếtđịnh sự làm việc liên tục của lò Thí dụ : dây nung, băng tải v.v…d)Tiện lợi khi sử dụng

Tiện lợi khi sử dụng là yêu cầu

- Số nhân viên phục vụ tối thiểu

- Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sứclực và sự dẻo dai của nhân viên phục vụ

- Số lượng các thiết bị hiếm và quý bị hao mòn nhanh yêu cầutối thiểu

- Bảo quản dễ dàng Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phậncủa thiết bị thuận lợi

- Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp

vệ sinh và tuyệt đối an toàn

e) Rẻ và đơn giản khi chế tạo

Về mặt này như sau:

- Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu quý và hiếm(các kim loại màu, các hợp kim có hàm lượng niken cao…)

- Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phảisao cho ngày công ít nhất và tận dụng các thiết bị, dụng cụthông thường có sẵn trong các nhà máy chế tạo gia công

- Các vật liệu và thiết bị yêu cầu để chế tạo phải ít nhất

- Sử dụng tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàngđổi lẫn và thuận tiện khi lắp ráp

- Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chếtạo (đúc, hàn, dập) Bỏ các chi tiết và các khâu gia công cơ khíkhông hợp lý.

f) Hình dáng ngoài đẹp

Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, các khâu và các chi tiết phải

có hình dáng và tỷ lệ các cạnh phù hợp, dễ coi Tuy vậy cũng cầnchú ý rằng, độ bền của kết cấu khi trọng lượng nhỏ và hình dáng

bề ngoài đẹp có quan hệ khăng khít với nhau

Việc gia công lần chót như sơn có vai trò đặc biệt quan trọng đốivới hình dáng bề ngoài của lò điện Song cũng cần tránh sự trangtrí không cần thiết

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Đề xuất các phương án tổng thể

Lò điện trở và vật cần nung là đối tượng điều khiển của hệ thốngvới đại lượng cần điều chỉnh là nhiệt độ vật cần nung Việc điềuchỉnh nhiệt độ của vật cần nung cũng chính là điều chỉnh nhiệt độtrong buồng lò hay điều chỉnh công suất đặt vào lò

Như đã nói ở trên, công suất ra tải của lò được tính theo côngthức:

2

t

U P

R



Như vậy, để thay đổi công suất ra tải ta có 2 cách:

Phương pháp này ít được sử dụng do tính không liên tục vàhạn chế về phạm vi điều khiển

phương pháp naỳ để có thể thay đổi công suất ra tải

Khi có sẵn một nguồn xoay chiều, để có thể thay đổi điện áp ratải người ta có thể dùng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ( ĐAXC )dùng van bán dẫn Việc điều chỉnh điện áp ra tải dựa theo nguyêntắc tương tự như ở các bộ chỉnh lưu tức là thay đổi điểm mở van sovới điểm qua không điện áp nguồn, vì vậy gọi là phương pháp điềukhiển pha ( thay đổi góc mở van)

Theo đề bài yêu cầu, công suất định mức của lò điện trở là 100

KW nên ta sẽ sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha đểthiết kế mạch lực và mạch điều khiển cho hệ thống điều chỉnh và

tự động khống chế nhiệt độ lò điện trở

Do điot chỉ có thể dẫn dòng theo một chiều mà ta lại yêu cầuđiện áp ra tải là xoay chiều nên trong mạch điện áp xoay chiềungười ta không dùng điot mà dùng triac vì đây là loại van bán dẫnduy nhất cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nó Tuy nhiên, dotriac không thông dụng bằng thyristor nên thực tế người ta thườngdùng sơ đồ 2 thyristor đấu song song ngược nhau thay cho triacnhư hình dưới:

THY2

L R

Các van T1, T2 lần lượt dẫn dòng theo một chiều xác định nêndòng đi qua cặp thyristor đấu song song ngược này là dòng xoaychiều Các van thyristor được cấp xung điều khiển lệch nhau góc

180 độ điện để đảm bảo dòng qua cặp van là hoàn toàn đối xứng.Một ưu điểm của việc sử dụng hai van thyristor đấu song songngược nhau thay thế cho triac trong mạch điện áp xoay chiều làkhả năng điều khiển để mở bà khóa thyristor dễ dàng hơn nhiều sovới triac

Ta có đồ thị dạng điện áp ra của mạch điều khiển điện áp xoaychiều:

Các mạch điện áp xoay chiều cơ bản là trong quá trình điềuchỉnh, mạch luôn làm việc ở chế độ dòng gián đoạn, cả dạng dòngđiện và điện áp ra tải đều không sin nên phù hợp với các loại tảiđiện trở như lò điện trở, bóng đèn sợi đốt v v… Dòng điện sẽ liêntục và đồng thời trở thành hình sin hoàn chỉnh chỉ khi điện áp ratải lấy bằng điện áp nguồn Như vậy, khi điều chỉnh trên tải nhậnđược một dải n sóng hài hình sin Mặc dù vậy, với tải điện trởthuần của lò điện trở thì việc điện áp ra tải không sin cũng khôngảnh hưởng đến chế độ làm việc của lò Các mạch điều áp xoaychiều không phù hợp với tải dạng cảm kháng như biến áp hoặcđộng cơ điện,… nên chỉ dùng khi phạm vi điều chỉnh điện áp khônglớn

Trong thực tế công nghiệp các mạch điện áp xoay chiều thường

sử dụng là các mạch điện áp xoay chiều ba pha, tải mắc hình saohoặc tải hình tam giác Quá trình làm việc của mạch điện áp xoaychiều ba pha phức tạp hơn nhiều so với mạch một pha vì ở đây cócác pha ảnh hưởng mạnh sang nhau và nó còn tùy thuộc vào

nhiều yếu tố như sơ đồ đấu van, góc điều khiển cụ thể, tính chấttải…

Dưới đây trình bày các bộ điều chỉnh điện áp dòng xoay chiềuhay sử dụng nhất ứng với các phương pháp lựa chọn khi thiết kếmạch lực và mạch điều khiển

2.1.1 Sơ đồ đấu sao có dây trung tính

Nếu bộ biến đổi xung áp ba pha được ghép từ ba bộ biến đổimột pha và có dây trung tính thì dòng qua mỗi pha sẽ khôngphụ thuộc vào dòng của các pha khác Vì vậy, ta có thể thựchiện điều khiển riêng biệt từng pha, tải có thể đối xứng hoặckhông đối xứng Do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ vìđiện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha Các biểu thức tính

α, λ, φ tương tự như trong sơ đồ một pha

Hình 2.1 Sơ đồ nối sao trung tínhKhi tăng góc điều chỉnh α sẽ làm giảm thời gian dẫn dòngqua thyristor Ứng với một giá trị α nào đó, dòng trong mộtpha sẽ giảm về 0 trước khi mở thyristor của pha sau Như vậy

sẽ xuất hiện những khoảng thời gian không có dòng tải và

Ưu điểm:

bán dẫn là điện áp pha

- Hoạt động tương tự như bộ điều áp 1 pha, các pha hoạtđộng độc lập với nhau, do đó việc tính toán hoàn toàn tương

tự như ĐAXC một pha nên sẽ đơn giản hơn

Nhược điểm:

bậc cao

sơ đồ nối này chỉ thích hợp các loại tải 3 pha có 4 đầu dây ra

2.1.2 Sơ đồ đấu sao không dây trung tính

Hình 2.2 Sơ đồ nối sao không có dây trung tính

Khi bộ biến đối xung áp ba pha được đấu sao không có dây trungtính, quá trình điện từ hoàn toàn khác với sơ đồ trên hình 2.1 vìquá trình dẫn dòng trong một pha phải tương thích với quá trìnhdẫn dòng trong các pha khác

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha nối saokhông dây trung tính là sự hoạt động tổng hợp của các pha Việcđiều chỉnh điện áp bộ điều áp 3 pha không dây trung tính phụthuộc vào góc α

Trường hợp tổng quát sẽ có 6 đoạn điều khiển đối xứng và 6đoạn điều khiển không đối xứng, đối xứng khi cả 3 thyristor dẫn vàkhông đối xứng khi 2 thyristor dẫn

Việc xác định điện áp phải căn cứ vào chương trình lám việc củacác thyristor Giả thiết rằng tải đối xứng và sơ đồ điều khiển đảm

Khi đóng hoặc mở 1 thyristor của một pha nào đó sẽ làm thayđổi dòng của hai pha còn lại, ta lưu ý rằng trong hệ thống điện ápchảy qua ba pha hoặc chỉ qua hai pha Không có trường hợp chỉ cómột pha dẫn dòng

Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi pha đúng bằng

Khi dòng chảy qua cả 2 pha thì điện áp trên pha tương ứng bằng

½ điện áp trên dây của hai pha mà có hai thyristor dẫn điện ( vídụ: U ZA=¿ U AB

Dạng điện áp của pha Ua như hình dưới:

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ

Dùng 6 thyristor đấu song song ngược với tải thuần trở, tải

Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn

Tồn tại khoảng dẫn sau các khoảng tất cả dòng điện triệt tiêu cần

mở hai thyristor một lúc Để làm được cần phải:

bắt đầu dẫn phải gửi một xung lên cực điều khiển của thyristo

α=120 °

vừa bị khóa Như vậy T1 nhận xung đầu tiên ở =  và xung

Để phân bố các điện áp trên cực các tiristo khi chúng bị khóa, cầnnối vào các cực của 3 khối thyritor với các điện trở lớn có trị sốbằng nhau

áp làm việc như 1 khóa chuyển mạch luôn hở mạch

Công suất tải:

Theo ba biểu thức (1), (2), (3) và các giá trị α khác nhau và lấy P

ở α = 0 là 100% ta có bảng các giá trị và đồ thị thể hiện mối quan

hệ giữa công suất tải và góc α

0 20 40 60 80 100 120 140 160 0

Ưu điểm:

van bán dẫn là điện áp dây

sao không dây trung tính là sự hoạt động tổng hợp của cácpha Việc điều chỉnh điện áp bộ điều áp 3 pha không dâytrung tính phụ thuộc vào góc α Nên dễ dàng hơn trong việcđiều khiển

Nhược điểm:

tải điện trở thuần của lò điện trở thì việc điện áp ra tải không sin cũng không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của lò

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế mạch lực và mạch điều

khiển

Từ việc phân tích các ưu - nhược điểm của từng phương án trên

ta đi đến kết luận lựa chọn phương án để thiết kế mạch lực và mạch điều khiển của bộ điều chỉnh và khống chế lò điện trở là :bộ

điều chỉnh điện áp ba pha sáu thyristor đấu song song ngược tải thuần trở không dây trung tính.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC

3.1 Tính toán chọn van mạch lực

Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng cho lò điện trở dướiđây ta sử dụng mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấusong song ngược, tải thuần trở đấu sao

Các biểu thức thể hiện quan hệ giữa công suất ra tải P và gócđiều khiển α:

- Điện áp nguồn lưới : 3*380 (V)

Trong thực tế, lò điện trở có thể coi là hô tiêu dùng điện loạimột, nghĩa là nguồn cung cấp cho lò điện là ổn định Tuy nhiên đểđảm bảo hiệu quả cũng như sự an toàn trong hoạt động của lòđiện ta sẽ chọn một lượng công suất dự trữ cho lò điện đề phòngtrường hợp điện áp nguồn vì một lí do nào đó bị sụt áp Ngoài ratrong quá trình hoạt động của mình, lò điện cũng chịu thêm một sốtổn thất khác như tổn thất trên các van bán dẫn, tổn thất trênđường dây … nhưng do không đáng kể so với tổn thất vì nhiệt của

lò nên ta có thể bỏ qua

Khi α = 0, thì điện áp ra tải là hình sin hoàn toàn và đồng thớicông suất ra tải cũng đạt giá trị lớn nhất vì vậy để đảm bảo đủ bùcác tổn hao đã nói ở trên ta chọn công suất lớn nhất của lò ứng vớikhi góc điều khiển α = 0

kĩ thuật của lò điện

Tiếp theo, ta tiến hành chọn van thông qua thông số kỹ thuậtcủa van là điện áp ngược lớn nhất, dòng trung bình qua van,…Như đã nói ở trên, hoạt động của mạch điều áp xoay chiều cũngtương tự như mạch chỉnh lưu, cụ thể là mạch điều áp xoay chiều

ba pha sáu thyristor đấu song song ngược có nguyên lý hoạt độngtrong một chu kỳ giống như ngyên lý của mạch chỉnh lưu ba phahình tia Vì vậy, ta có ta có thế hoàn toàn áp dụng các thông sốchọn van của mạch chỉnh lưu ba pha hình tia cho mạch điều ápxoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ngược Cụ thể :

Để chọn thêm giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van, ta sẽ

Bên cạnh đó, khi chọn van ta phải chú ý tới điều kiện làm mátcho van vì khi hoạt động, van tỏa nhiệt rất lớn nên điều kiệnlàm mát cho van sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả cũng như tuổi thọcủa van

nhờ cánh tản nhiệt thì van có thể làm việc tốt với 25% dòngđịnh mức

bức thì van có thể chịu được 30% - 60% dòng định mức

dòng định mức

Thông thường, trong công nghiệp thì van phải được làm máttồi nhất là bằng không khí có quạt gió cưỡng bức Trong bàithiết kế này, ta tính được dòng qua tải chỉ vài trăm ampe, đểtiết kiệm về kinh tế ta có thể lựa chọn phương án làm mát vanbằng quạt gió cưỡng bức Ta chọn điều kiện thích hợp để van

có thể chịu dòng tới 40% dòng định mức của van

Khi đó:

Itb = I tb max

40 % = 164,0940 % = 410,22(A)

TB400 do Tây Âu chế tạo với các thông số sau:

Các tham

Điện áp Điện áp tối đa mà van chịu được lâu dài ở cả hai chiều thuận và ngược 300-1200

di/dt

ΔU (V) Sụt áp thuận trên van (giá trị tương ứng dòng điện van = 1,5I

du/dt (V/

3.2 Tính toán bảo vệ van bán dẫn

Trong quá trình hoạt động thì van phải được làm mát để van

không bị phá hỏng về nhiệt vì vậy ta hãy tính toán chế độ làm

mát cụ thể cho van rồi Tuy nhiên, van cũng có thể bị phá hỏng

khi van phải chịu tốc độ tăng dòng, tăng áp quá lớn Để tránh

hiện tượng quá dòng, quá áp trên van dẫn đến hỏng van ta

phải có những biện pháp thích hợp để bảo vệ van Biện pháp

bảo vệ van thường dùng nhất là mắc mạch R, C song song van

để bảo vệ quá áp và mắc nối tiếp cuộn kháng để hạn chế tốc

độ tăng dòng

Do tải của lò điện là tải thuần trở nên khi van có tín hiệu điều

khiển mở thì dòng qua van sẽ tăng đột ngột với tốc độ tăng

dòng rất lớn sẽ gây hỏng van Vì vậy, người ta cần phải cần

phải mắc vào trước van một cuộn dây để hạn chế tốc độ tăng

dòng Cuộn dây được dùng là một cuộn kháng bão hòa có đặc

tính là: khi dòng qua cuộn kháng ổn định thì điện cảm của cuộn

kháng gần như bằng không và lúc này cuộn dây dẫn điện như

một dây dẫn bình thường

Ta có mạch như hình vẽ: