Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Mục lục

Chương I: Giới thiệu về công nghệ lọc bụi 6

II ứng dụng cụ thể của các thiết bị lọc bụi điện 6 III ưu, nhược điểm chung của thiết bị lọc bụi điện 7

IV Nguyên lí của việc làm sạch khí bằng điện 8

V Cấu trúc các bộ phận chính của thiết bị lọc bụi điện 9

VI Những quá trình chính khi làm sạch khí bằng điện 14 VII Mức độ thu bụi theo lí thuyết 17 VIII Các nhân tố ảnh hưởng trong thiết bị lọc bụi điện thực tế 17

IX ứng dụng cụ thể của phương án đối với yêu cầu lọc bụi 21

II Rơle thời gian kiểu thủy lực 29 III Rơle thời gian kiểu đồng hồ 30

IV Rơle thời gian kiểu động cơ 33

VI Rơle thời gian dùng vi mạch 555 42 VII Rơle thời gian kiểu mạch số 46 Phần I: thiết kế bộ điều khiển cho động cơ 48

III Khối tạo xung chuẩn 50

V Khối đếm thời gian một yêu cầu 62

Lời mở đầu

Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong đó công nghiệp là một ngành được quan tâm hàng đầu ở nước ta Nhờ đó trong những năm gần đây ngành công nghiệp có rất nhiều thành tựu

đáng kể Các nhà máy xí nghiệp mọc lên như nấm, cùng với đó là các khu liên hiệp, khu chế xuất Sản lượng công nghiệp không ngừng được tăng lên, chất lượng hàng hóa ngày càng được nâng cao, sản phẩm đa dạng nhiều chủng loại Đó là nhờ áp dụng khoa hoc kĩ thuật vào sản xuất Trong đó ngành điện có vai trò rất quan trọng

Là một nước đang phát triển nên các ngành điện tử tự động có vai trò rất quan trọng trong nền công nghiệp nước ta Nó có ứng dụng trong tất cả các nhà máy, xí nghiệp đều được điều khiển một cách tự động nhờ các thiết

bị điện tử, nhờ máy tính

Ngành công nghiệp phát triển không ngừng, dần dần đáp ứng được nhu cầu của con người về vật chất và tinh thần Song song với sự phát triển không ngừng của công nghiệp thì môi trường sống của chúng ta ngày càng

bị ô nhiễm nặng nề Trong đó vấn đề về bụi công nghiệp cũng rất được quan tâm Bụi rất nguy hiểm cho sức khỏe của con người, đặc biệt là bụi nhà máy than, nhà máy xi măng, nhà máy phân đạm … Chính vì vậy mà các nhà máy đều phải có hệ thông lọc bụi, để đảm bảo điều kiện làm việc của công nhân

Trong các hệ thống lọc bụi thì lọc bui tĩnh điện được dùng chủ yếu Trong đó bộ điều khiển cho động cơ rung gõ trường lọc bụi tĩnh điện là một

bộ phận không thể thiếu trong hệ thông lọc bui tĩnh điện Bộ điều khiển này

sử dụng các thiết bị điện tử

Đề tài thiết kế gồm có 2 phần:

Phần I: Giới thiệu chung

Gồm có hai chương :

Chương I : Giới thiệu về công nghệ lọc bụi

Chương II: Rơle thời gian

Phần II: Thiết kế bộ điều khiển cho động cơ

Gồm có hai chương :

Chương I : Sơ đồ và nguyên lí mạch

Chương II: Thiết kế mạch điều khiển

Cùng với sự cố gắng của bản thân và được nhận sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô giáo và các bạn để

đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin gửi tới thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất

Sinh viên Lương Văn Học

PhÇn I Giíi thiÖu chung

Chương I Giới thiệu về công nghệ lọc bụi

I Giới thiệu chung

Ngành công nghiệp nước ta ngày càng phát triển mạnh Nó dần đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người Song song với sự phát triển

đó thì môi trường sống của chúng ta ngày càng bị ô nhiễm nặng nề Một trong những nguyên nhân lớn là do chất thải công nghiệp Vì thế việc thiết

kế hệ thống lọc bụi là rất cần thiết và không thể thiếu khi xây dựng nhà máy, đặc biệt là các nhà máy xi măng, nhà máy phân đạm Hệ thống lọc bụi sẽ đảm bảo được điều kiện làm việc cho công nhân Nhưng vấn đề đặt

ra đối với các nhà máy là chọn hệ thống lọc bụi nào cho phù hợp với từng nhà máy cụ thể Các phương pháp lọc bụi chủ yếu hiện nay gồm có:

II ứng dụng cụ thể của các thiết bị lọc bụi điện:

Thiết bị lọc bụi kiểm YΓ: (loại nằm ngang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy luyện kim: ở các lò mactanh, lò quay, lò nung đôlômit, nồi hơi Thiết bị lọc bụi điện loại này thường lọc được khí khô ở nhiệt độ cao

Và thiết bị loại này thường được đặt ở sau hệ thống xiclôn để làm sạch bụi khô trong khí (trước khi vào thiết bị lọc bụi điện)

Thiết bị lọc bụi điện ẩm kiểu ống trụ một vùng: Thiết bị lọc bụi loại này cho thu hồi bụi tinh vì khi bụi lắng thì không có hiện tượng bụi quấn theo khí

ra môi trường ngoài, đồng thời điện trở suất trong lớp bụi giảm Thiết bị loại này thường được đặt ở phía ngoài xưởng nên cần mái che thiết bị

Thiết bị lọc bụi lưới điện 2 vùng: Thiết bị loại này có hai vùng điện trường riêng biệt, trong đó một điện trường để tích điện cho hạt bụi còn

điện trường khác để lắng bụi Nhờ đó điện trường thực hiện tốt hơn vai trò của mình Thiết bị lọc bụi kiểu này chủ yếu làm sạch không khí có nhiệt độ

đến 400C khi hàm lượng bụi ban đầu ≤ 10mg/m3 Với thiết bị lọc bụi này khi được áp dụng trong công nghiệp thì có thể làm sạch khí có hàm lượng bụi ban đầu lớn

III Ưu, nhược điểm chung của thiết bị lọc bụi điện

- Nhiệt độ của khí có thể đạt tới 5000C

- Thiết bị lọc bụi có thể làm việc với áp suất chân không hoặc áp suất cao

- Có thể điều khiển và tự động hoá hoàn toàn

Nhược điểm:

- Do các thiết bị có độ nhạy cao nên khi có sự saikhác nhỏ giữa giá trị thực tế của các thông số công nghiệp và các giá trị tiánh toán thiết kế thì hiệu quả thu bụi cũng giảm sút nhiều

- Những sự cố cơ học dù nhỏ cũng ảnh hưởng tới hiệu quả thu bụi

- Thiết bị lọc bụi điện không được ứng dụng để làm sạch khí có chứa các chất dễ nổ, vì trong thiết bị lọc bụi thường xuất hiện các tia lửa điện

IV Nguyên lý của việc làm sạch khí bằng điện:

Hình 1.1 Hình vẽ bên trình bày cho ta nguyên lý tích bụi và lắng bụi trong thiết

bị lọc bụi điện

Khí thải cần lọc bụi được thổi qua hệ thống hai điện cực

Điện cực nối đất gọi là điện cực lắng vì bụi được lắng chủ yếu ở trên cực này

Điện cực thứ 2 được gọi là điện cực quầng sáng Điện cực này được cung cấp dòng điện một chiều có điện thế cao, do điện thế cao nên cường

độ điện trường xung quanh có giá trị lớn và gây ra sự va đập ion mãnh liệt Biểu hiện bên ngoài của sự ion hoá khi mãnh liệt là nhìn thấy một quầng sáng bao phủ quảnh điện cực này

Sự phóng điện quầng sáng xảy ra sát bề mặt điện cực quầng sáng Sự phóng điện quầng sáng không lan rộng giữa hai điện cực mà yếu đi và tắt dần theo phương tới điện cực lắng vì đi từ điện cực quầng sáng tới điện cực lắng thì cường độ điện trường yếu dần đi (điện trường giữa hai điện cực là

điện trường không đều)

Các ion khí được tạo ra chủ yếu trong vùng quầng sáng Dưới tác động 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 cực âm (cực quầng sáng là cực

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

V Cấu trúc các bộ phận chính của thiết bị lọc bụi điện:

Phụ thuộc vào các điều kiện bảo quản, thành phần, nhiệt độ, áp suất,

độ ẩm của không khí, các tính chất vật lý, hoá học của bụi, yêu cầu mức độ làm sạch v.v… mà cấu tạo thiết bị lọc bụi có các kiểu khác nhau Nhưng cấu tạo của chúng đều có những bộ phận cấu trúc cơ bản sau:

Hình 1.2

1 Vỏ thiết bị lọc bụi điện:

Thường có dạng hình hộp hoặc hình trụ Vỏ được chế tạo bằng thép lá,

bê tông gạch, các tấm chì hoặc các vật liệu khác Chọn vật liệu phải căn cứ vào nhiệt độ của khí thải và tính ăn mòn hoá học của khí thải Phía trong vỏ

là hệ thống khung của thiết bị Phía dưới vỏ là các bunke chứa bụi Vỏ phải cấu trúc thuận lợi cho việc lắp đặt và sửa chữa thiết bị Phía ngoài vỏ được bọc cách nhiệt

2 Cơ cấu phân phối đều khí vào thiết bị:

Vấn đề phân bố đều khí trên mặt cắt ngang dòng chảy là một yêu cầu quan trọng trong khi thiết kế và vận hành thiết bị lọc bụi điện Để phân phối khí đồng đều trên toàn bộ tiết diện cắt ngang dòng chảy và ngăn chặn dòng khó lọt qua vùng không có tác dụng thu bụi, người ta lắp đặt cơ cấu phân phối khí Cơ cấu phân phối khí được đặt trước vùng thu bụi Cơ cấu phân phối khí là hệ thống lưới hoặc tấm có đục lỗ Tổng tiết diện của các lỗ cho khí đi qua chiếm 35% - 45% tiết diện của tấm Phía trước lưới là các cánh chỉnh hướng dòng khí Để thuận tiện cho việc sửa chữa và vận hành thì mỗi

điện trường sẽ có một bunke chứa bụi Cờu trúc của bunke được chọn theo tính bám dính của bụi Tính bám dính của bụi thay đổi đáng kể theo thời gian lưu bụi trong bunke Sau một thời gian làm việc lượng bụi bám dính lớn do đó phải định kỳ tháo bụi khỏi bunke Tuy nhiên khi tháo bunke không tránh được việc không khí qua bunke vào thiết bị và làm giảm hiệu suất lọc bụi Tính lưu động của bụi còn phụ thuộc vào nhiệt độ của bụi Khi nhiệt độ giảm thì độ ẩm của khí tăng lên và bụi trở nên dính nhớt Để bụi không dính kết và không đóng tảng, người ta đã cách nhiệt cho các bunke Trong một số trường hợp bunke còn được nung nóng ở phía dưới Khi bụi bám dính còn có thể bố trí các thanh rung trong bunke Việc bố trí này còn

được tiến hành theo chu kỳ Chú ý rằng: các thanh rung cần được đặt tại vùng bụi chuyển động có hiệu quả và máy rung chỉ được phép rung khi cửa thải bụi của bunke mở, vì nếu bụi không chuyển động được mà máy rung

cứ làm việc thì bụi sẽ bị nén chặt

3 Điện cực lắng

Chúng thường có dạng ống trụ tròn có đường kính 200 ữ 300 mm, chiều dài từ 3 ữ 5 m Đôi khi sử dụng các ống sáu có tiết diện vuông, sáu cạnh Các điện cực lắng là các tấm phẳng nhẵn đôi khi chỉ sử dụng trong thiết bị lọc ướt vì nếu dùng trong các thiết bị khô khi rung cơ học để tác bụi thì khó tránh khỏi bụi quấn theo khí ra ngoài Do đó người ta thường gắn thêm vào điện cực lắng các túi chứa hoặc máng chứa bụi

4 Điện cực quầng sáng

Phải có cấu trúc thích hợp để tạo ra sự phóng điện quầng sáng đều và

có cường độ lớn Điện cực quầng sáng phải bền cơ học, phải cứng vững, chịu được tác động của cơ cấu rung lắc, phải chống được sự ăn mòn và bền

ở nhiệt độ cao Trong thiết bị thu bụi có năng suất cao thì tổng chiều dài các

điện cực quầng sáng trong một thiết bị đạt tới vài kilomet, bởi vậy điện cực quầng sáng phải đơn giản về chế tạo và giá thành thấp Ta có thể phân điện cực quầng sáng thành hai loại chính:

- Nhóm 1: Các điện tực quầng sáng không có các điểm định vị phóng

điện trên điện cực mà sự phóng điện phân bố đều theo chiều dài điện cực

- Nhóm 2: Các điện cực quầng sáng có các điểm phóng điện cố định phân bố dọc theo chiều dài của điện cực Các điểm phóng điện là các mũi nhọn, các mấu nhọn phân bố trên về mặt của điện cực Các điện cực trong nhóm 2 cho phép ta có thể tính toán được quầng sáng theo ý muốn tuỳ thuộc sự thay đổi số lượng và bước bố trí các điểm phóng điện, nó tuỳ thuộc chiều cao của các mũi kim phóng điện

5 Thiết bị tạo điện áp cao

Hiệu suất của thiết bị lọc bụi phụ thuộc chủ yếu vào điện áp giữa các

điện cực phóng điện tích điện âm và các điện cực góp nối đất Thông thường hiệu suất gần tới giá trị tối ưu (giá trị mà ở trong thiết bị lọc bụi kiểu

“Riôn” để làm sạch khí công nghiệp có hàm lượng bụi ban đầu lớn, khi lọc

để đạt được hiệu suất cao cần phải xác định sao cho khoảng cách giữa các

điện cực khoảng 50 ữ 70 mm và hiệu điện thế đặt vào giữa các điện cực khoảng 60 ữ 80 kV) Khi làm việc điện áp cần được giữ ngay dưới giới hạn phóng điện đánh thủng Giá trị của điện áp phóng điện đánh thủng phụ thuộc vào các điều kiện vật lý và hoá học của các khí và mật độ bụi Vì không thể đo được điện áp đánh thủng tức thời, nó chỉ có thể được xác định bởi sự đạt tới phóng điện đánh thủng

Bộ điều khiển điện áp cao làm tăng điện áp lọc bụi tới sự phóng điện

đánh thủng Sau khi xảy ra đánh thủng, điện áp bị ngắt trong một thời gian

ngắn và điện áp phụ thuộc vào dãy đánh thủng và vào mật độ đánh thủng đã lựa chọn

Nếu điện áp phóng điện đánh thủng nằm ở trên điện áp có thể đạt được thì sự đánh thủng không thể xảy ra

6 Phân bố điện áp cao

Mỗi trường hợp có riêng chuyển mạch 3/5 điểm Khoá này có thể thao tác từ bên ngoài rào bảo vệ của buồng điện áp cao Nó dùng để nối thiết bị phát điện áp cao với trường nào đó, hoặc để nối trường điện nào đó với đất

7 Khoá nối đất

Tất cả các phần chịu điện áp cao của lọc bụi tĩnh điện sẽ lập tức được nối đất nhờ khoá nối đất, khi có nguy hiểm về nổ Khi khoá đóng tương ứng

hệ thống phóng điện đã được nối đất và không có hiệu ứng vầng quang hoặc các hồ quang xảy ra trong lọc bụi Do đó ngăn ngừa được sự nổ của hỗn hợp khí

Nếu thiết bị không làm việc, khoá nối đất nằm ở vị trí đóng và hệ thống phóng điện là nối đất

8 Thiết bị nối đất

Trước khi đi vào bên trong bộ lọc bụi, tất cả các bộ phận chịu điện áp cao cần phải được nối đất bằng tay ở ngay cửa kiểm tra Điều này là rất quan trọng để bảo vệ người, chống lại việc đóng vào điện áp cao do sai lầm nào đó

Thiết bị nối đất gồm cáp nối đất, gậy nối đất, các chốt nối đất ở các cửa kiểm tra và các chốt nối đất ở các khung và các điện cực phóng điện

9 Hệ thống cài đặt cơ khí

Các cửa kiểm tra của thiết bị lọc bụi được khoá bởi một hệ thống cài

đặt cơ khí để chống lại sự mở không được phép Chúng chỉ có thể được mở sau khi cắt điện áp cao và các phần chịu điện áp cao đã được nối đất Ngược lại, điện áp cao không thể đóng vào chừng nào vài cửa kiểm tra còn mở và các phần điện áp cao còn được nối đất

VI Những quá trình chính khi làm sạch khí bằng điện

1 Sự tích điện cho các hạt bụi

Trong điện trường giữa hai điện cực, các hạt bụi được tích điện là do việc hấp thụ các ion lên bề mặt hạt bụi Quá trình tích điện của hạt bụi xảy

ra chủ yếu ở bên ngoài vùng quầng sáng Các hạt bụi vẫn có thể tích điện thêm khi mà các ion vẫn có thể tiếp tục hút bám trên bề mặt thêm lên bề mặt hạt bụi Số ion hút bám càng nhiều thì điện tích của hạt bụi càng tăng lên, có nghĩa là cường độ điện trường gây ra do điện tích được của hạt bụi tăng lên Cường độ điện trường này có hướng ngược với cường độ điện trường giữa hai điện cực Vì vậy tốc độ chuyển động của ion tiếp theo tới hạt bụi sẽ giảm đi, nghĩa là giảm tốc độ tích điện cho các hạt bụi Khi cường độ điện trường của điện tích hạt bụi có giá trị bằng cường độ điện trường ngoài thì tốc độ chuyển động của các ion tới hạt bụi sẽ bằng không

có nghĩa là hạt bụi không nhận thêm các ion nữa Lúc này ta nói hạt bụi đã

đạt được điện tích tới hạn

Với hạt bụi có kích thước lớn hơn 1μ m thì điện tích tới hạn của nó tỷ

lệ với cường độ điện trường và tỷ lệ với bình thương bán kính của hạt bụi

qth = n.e = 0,19.10.10-9.r2.E (C)

qth : Điện tích tới hạn của hạt bụi

n : Số lượng điện tích nguyên tố hạt bụi tích được

r : Bán kính của hạt bụi

E : Cường độ điện trường

Sự tích điện của hạt bụi xảy ra rất nhanh Đối với hầu hết bụi công nghiệp, trong những điều kiện bình thường thì chỉ cần sau 1s hạt bụi đã tích

được lượng điện tích hơn 90% điện tích tới hạn

2 Sự chuyển động của các hạt bụi trong điện trường

Trong không gian giữa điện cực lắng và điện cực quầng sáng, một hạt bụi chịu tác động bởi nhiều lực: lực điện trường, trọng lực của bản thân hạt bụi, lực cản của môi chất, lực của dòng khí quấn hạt bụi theo chiều dòng khí Trong các lực trên thì lực điện trường và lực cản của môi chất là quan

trọng nhất Tổng hợp lực gây ra sự chuyển động của hạt bụi về phía các

điện cực mà chủ yếu là chuyển động về phía các điện cực lắng

Đối với những hạt bụi có đường kính lớn hơn 1 μ m thì tốc độ chuyển

động của hạt về phía điện cực lắng tỷ lệ với kích thước hạt bụi và tỷ lệ với bình phương cường độ điện trường

μ

W

2 11

(m/s)

Đối với những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 1 μ m thì tốc độ chuyển

động của hạt bụi về phía điện cực lắng không phụ thuộc vào kích thước của hạt bụi mà chỉ phụ thuộc vào cường độ điện trường

μ

W

11 (m/s)

Các ký hiệu trong công thức:

3 Sự lắng bụ trên bề mặt của điện cực lắng

4 Đặc tính Volt – Ampe của quầng sáng

Đặc tính Volt – Ampe là một trong những chỉ tiêu cơ bản của thiết bị lọc bụi điện Khi tăng điện áp đến điện áp nào đó sẽ xuất hiện sự phóng

điện quầng sáng Mức điện áp mà ở giá trị đó bắt đầu có sự xuất hiện phóng

điện quầng sáng gọi là điện áp tới hạn

Đặc tính Volt – Ampe của quầng sáng phụ thuộc đáng kể vào khoảng cách giữa các điện cực trái dấu, phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của

điện cực quầng sáng Đặc tính Volt – Ampe còn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, tốc độ và thành phần của khí Trong thực tế, điện thế cần để xuất hiện tượng quầng sáng thường có giá trị lớn Quầng sáng sẽ xuất hiện khi cường độ điện trường đạt tới giá trị tới hạn Ví dụ: ở áp suất khí quyển

Đối với điện cực lắng dạng ống trụ rỗng và điện cực quầng sáng là sợi dây dẫn thì cường độ điện trường tới hạn được tính theo công thức:

)R

298,01(.3,30E

1 th

δ++δ

R1 : Bán kính của điện cực quầng sáng

Eth : Cường độ điện trường tới hạn

δ : Tỷ số khối lượng của khí trong điều kiện làm việc và điều kiện tiêu chuẩn

Đối với hệ thống điện cực lắng dạng ống trụ và điện cực quầng sáng là sợi dây dẫn nhẵn không gai thì điện áp tới hạn để xuất hiện quầng sáng

được xác định theo công thức:

1

2 1

th th

R

Rln.R.E

Khi điện cực lắng có dạng tấm và điện cực quầng sáng có dạng dây dẫn thì

điện áp tới hạn được tính theo công thức:

)a

R 2lna

H (

R.E

1 th th

π

ư

π

Uth : Điện áp tới hạn (điện áp bắt đầu xuất hiện quầng sáng) V

Eth : Cường độ điện trường tới hạn

R1 : Bán kính điện cực quầng sáng

H : Khoảng cách giữa các quầng sáng và điện cực lắng dạng tấm

a : Khoảng cách giữa các điện cực quầng sáng trong một dãy

Từ các công thức trên ta thấy rằng: Khi giảm bán kính điện cực quầng sáng R1 thì điện áp tới hạn sẽ giảm, có nghĩa là quầng sáng sẽ xuất hiện sớm hơn ở thiết bị lọc bụi điện

R1 = 0,001 ữ 0,002 m và R2 = H = 0,1 ữ 0,15m, thì U2 = 20kV ữ 30kV

Để thu bụi, người ta thường dùng quầng sáng âm, có nghĩa là điện cực quầng sáng nối với cực âm của quầng sáng vì các ion có độ linh động lớn hơn so với độ linh động của các ion dương

VII Mức độ thu bụi theo lý thuyết (hiệu suất thu bụi)

Mức độ thu bụi trong thiết bị lọc bụi được tính theo công thức:

1 1

2 2 1 1V.z

V.zV

=η

Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất phải kể đến kích thước thiết bị lọc bụi, tốc độ chuyển động của các hạt bụi mang điện tích chuyển động về cực lắng

VIII Các nhân tố ảnh hưởng trong thiết bị lọc bụi điện thực tế

1 ảnh hưởng các tính chất khí cần làm sạch

Cường độ điện trường phụ thuộc vào thế hiệu cấp cho điện cực quầng sáng Như đã biết điện tích hạt bụi, tốc độ chuyển động của chúng (sau khi tích điện) đến điện cực lắng phụ thuộc điện tích hạt bụi, tốc độ chuyển động của chúng (sau khi tích điện) đến điện cực lắng phụ thuộc vào cường độ

điện trường (đặc biệt đối với hạt có kích thước lớn) Do vậy duy trì thế hiệu cực đại cho phép trên điện cực quầng sáng là một trong những điều kiện quan trọng nhất để thiết bị làm việc có hiệu quả và đạt mức thu bụi cực đại Khi tăng nhiệt độ khí thế hiệu ở điện cực quầng sáng sẽ giảm, điều đó có thể duy trì không có sự xuyên thủng Thế hiệu xuyên thủng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của khí Ngoài ra, nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất bụi trên điện cực lắng

ảnh hưởng của độ ẩm khí đến thế hiệu trong thiết bị lọc thì ngược lai

so với ảnh hưởng của nhiệt độ Tăng nhiệt độ thì tăng khả năng xuyên thủng

Thế hiệu trong thiết bị cong phụ thuộc vào thành phần hoá học của khí, thường là các tạp chất khí mang điện âm cũng như SO3 bị hấp thụ trong lớp bụi đã làm thay đổi tính chất của lớp

2 ảnh hưởng các tính chất của bụi và lớp bụi trên điện cực lắng

ảnh hưởng các kích thước hạt bụi (độ phân tán hạt) đến công tác của thiết bị lọc được kể đến trước tiên là trị số điện tích hạt bụi nhận được, là tốc độ của hạt đến cực lắng sau khi chúng được tích điện

Điện tích các hạt lớn cũng như tốc độ chuyển động của chúng đến cực lắng lớn hơn so với hạt nhỏ Vì vậy hiệu quả thu các hạt lớn cao hơn, thời gian chuyển động đến cực lắng ít hơn Ngoài ra độ phân tán của hạt bụi có liên quan đến hiện tượng gọi là sự bao kín quầng sáng và liên quan đến cấu tạo lớp bụi trên điện cực lắng

Thành phần hoá học ảnh hưởng đến điện trở suất của hạt bụi (độ dẫn

điện) của lớp bụi trên cực lắng, do đó ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của thiết bị lọc bụi điện ảnh hưởng này bắt đầu ở thời điểm khi có sự tiếp xúc giữa hạt bụi chứa điện tích âm với điện cực lắng

Bụi chứa trong khí được chia thành 3 nhóm theo giá trị điện trở suất:

- Nhóm 1: Có ρ < 104 Ωcm (có độ diện dẫn lớn) Các hạt bụi này khi tiếp xúc với bề mặt kim loại điện cựclắng sẽ trao tức thời điện tích âm và bị

đẩy vào dòng khí Do vậy các hạt bụi có độ dẫn điện lớn qua thiết bị thu

điện sẽ không bị lắng Cần phải làm các bộ phận giữ bụi trên các điện cực

- Nhóm 2: Có ρ = 104 Ωcm đến Có 2.104 Ωcm Các hạt bụi này được thu hồi có hiệu quả trong thiết bị lọc điện Các điện tích của hạt phân bố

3 ảnh hưởng của hàm lượng bụi ban đầu trong khí

Khi hàm lượng bụi cao trong khí, đặc biệt gồm các hạt nhỏ có thể dẫn

đến hiện tượng gọi là sự bao kín quầng sáng (Hiện tượng này là xảy ra khi

ta tăng số lượng hạt bụi trong điện trường sẽ làm tăng số điện tích không gian Dòng điện có được trong thiết bị lọc bụi điện là do điện tích không gian chuyển động

Vì tính linh động của hạt bụi có giá trị nhỏ hơn tính linh động của các ion khí, nên tăng các điện tích không gian trong các hạt bụi làm giảm đáng

kể cường độ dòng điện trong thiết bị lọc bụi (có khi chỉ số 0) Hiện tượng này làm giảm sự thu bụi Hiện tượng bao kín quầng sáng thấy khi nồng độ bụi trong khí từ vài gam trong 1m3 khí đến vài chục gam/m3

Để khắc phục hiện tượng này cần giảm hàm lượng bụi ban đầu trong khí cần làm sạch (giảm tốc độ khí), tăng thế hiệu trên điện cực quầng sáng

để tăng cường độ điện trường, tăng tốc độ chuyển động của các hạt bụi chứa điện tích và tăng cường độ tạo thành ion Khi tăng hàm lượng bụi trong không khí ngoài khả năng làm bẩn điện cực lắng và điện cực quầng sáng còn tạo thiết bị vận hành không ổn định

4 ảnh hưởng sự làm bẩn điện cực quầng sáng và điện cực lắng đến hiệu quả thu bụi

Độ sạch của điện cực quầng sáng và điện cực lắng là một trong các nhân tố quan trọng nhất trong việc bảo quản thiết bị lọc bụi

Mặc dầu trên điện cực quầng sáng không lắng nhiều hạt bụi, nhưng do

bề mặt điện cực không lớn, nên vẫn dẫn đến tạo lớp bụi trên bề mặt dây dẫn

và làm tăng đường kính điện cực quầng sáng, do vậy phải tăng hiệu điện thế quầng sáng, đó là điều không phải bao giờ cũng thực hiện được Nếu bụi có

điện trở lớn thì dây dẫn coi như bị phủ lớp cách điện và quầng sáng sẽ không tạo thành Nguyên nhân này ảnh hưởng xấu đến sự làm việc của thiết

bị đặc biệt là khi có nhiệt độ khoảng 3000 ữ 4000C và chứa các Sunfat kim loại

Để khắc phục hiện tượng này ta cần giảm nhiệt độ khí, rung động thường xuyên điện cực quầng sáng, giảm lượng khí bị hút vào tối thiểu để giảm hàm lượng SO3 trong khí

Các hạt bụi lắng ở điện cực lắng sẽ ảnh hưởng đến công tác thiết bị, liên quan đến độ dẫn điện và làm giảm hiệu quả thu bụi Do bề mặt lớp bụi không bằng phẳng do thế hiệu dễ bị xuyên thủng ở những chỗ nhô ra nên phải giảm thế hiệu trong thiết bị lọc

5 ảnh hưởng các tham số điện của thiết bị

Như đã nêu, thế hiệu quầng sáng liên quan đến cường độ điện trường

có ảnh hưởng đến công tác thiết bị Cường độ dòng điện tăng khi tăng thế hiệu là đặc điểm thuận lợi của chế độ điện Tuy nhiên khi xuất hiện quầng sáng ngược cũng làm tăng cường độ dòng điện mặc dầu hiệu quả thu bụi giảm Vì vậy hiện tượng tăng cường độ dòng điện không phải luôn dẫn đến cải thiện quá trình thu bụi mà phải xem nguyên nhân làm tăng cường độ dòng điện đó

Sở dĩ trên điện cực quầng sáng luôn duy trì cực âm vì quầng sáng bền vững hơn và thế hiệu xuyên thủng lớn hơn so với quầng sáng dương, ngoài

ra các ion âm có tính hành động lớn hơn ion dương

Không cho phép cấp nguồn xoay chiều vào điện cực quầng sáng vì khi

đó chiều chuyển động của các hạt của các hạt bụi không ngừng thay đổi và làm giảm hiệu quả thu bụi

6 ảnh hưởng của tốc độ và sự phân bố khí trong thiết bị đến hiệu suất thu bụi

Khi tăng tốc độ khí đến một giới hạn các hạt bụi đã lắng trên điện cực

có thể văng ra ngoài và bị dòng quấn ra khỏi thiết bị, đặc biệt khi rung động các điện cực hoặc làm tụt bụi khỏi điện cực

IX ứng dụng cụ thể của phương án đối với yêu cầu lọc bụi

Yêu cầu của chúng ta ở đây là thiết kế với cao áp lọc là 72kV

Để có thể xác định được chính xác là với điện áp một chiều của ta là 72 kV thì chúng ta cần phân tích chi tiết về tính chất của các loại bụi Trước hết để

đơn giản trong việc phân tích chúng ta ứng dụng cao áp lọc của chúng ta với thiết bị lọc bụi khá phổ biến hiện nay là thiết bị lọc bụi xiclôn μΗ (ứng dụng trong nhà máy sứ vigacera, xi măng Bút Sơn…)

Hạt bụi chúng ta phân tích ở đây được đi sâu vào phân tích thành phần, kích thước, khả năng dẫn điện, bán kính trung bình của hạt bụi, độ ẩm của bụi, tính dẫn điện của từng loại bụi, tính chất hoá học của từng loại bụi khác nhau

Từ trên ta đưa ra hàm số của cao áp lọc phụ thuộc vào các yếu tố đầu vào

Cao áp lọc = f (tính chất hạt bụi, điều kiện môi trường…)

Ngoài những yếu tố trên thì cao áp lọc còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của các hạt bụi tới các cực và tốc độ của dòng bụi chuyển

động qua thiết bị lọc bụi (ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lọc bụi)

ở đây chúng ta có công thức xác định tốc độ hạt bụi chuyển động đến cực lắng với hạt bụi có kích thước > 1 μ m

r 6

E.E.r.10.87,

μπ

=

Ex : cường độ điện trường

Xét chi tiết từng loại bụi cụ thể:

Vật liệu gốm chúng ta xét ở đây là xên-zian (BaO.l2O3.2SiO2 và các cacbonat bari, Cao lanh, đất sét (các thành phần này làm tăng liên kết xên-zian khi nung chi tiết) và thuỷ tinh alumosilic nhiều bari Đặc điểm của loại vật liệu này là có khối lượng riêng tương đối lớn, tốn hao điện môi bé ngay cả ở dưới nhiệt độ 300 – 4000C, đồng thời tốn hao điện môi ít biến đổi theo nhiệt độ Bụi sau khi nung có độ ẩm trung bình, tuy nhiên do loại bụi này

Vật liệu là bụi than thành phần chính trong bụi là C đã được nghiền nhỏ, loại bụi này có khối lượng riêng thấp đồng thời khả năng dẫn điện của bụi than là tương đối cao do đó cao áp lọc đặt vào thường chỉ ở mức 55kV Vật liệu xi măng Porland (xi măng trắng) được sản xuất từ đá vôi cùng với

đất sét và những diệp thạch, hoặc các thành phần của các chất ở lò cao chứa

ôxit nhôm và silic đioxide Các chất này pha trộn thường theo tỷ lệ là 60%

đá vôi, 19% silic đioxide và 8% nhôm 5% các loại giấy vải 5% là ôxit magiê 3% là sunfur trioxide Bụi xi măng có khả năng dẫn điện kém và có khối lượng riêng của bụi tương đối lớn độ ẩm của bụi thấp các phản ứng hoá học trong bụi ít xảy ra Đồng thời bụi thải ra từ nhà máy sản xuất xi măng có hàm lượng rất lớn (gần 1/3 lượng toàn bộ khối lượng củahợp chất ban đầu đưa vào), như vậy điện áp đặt vào để lọc bụi xi măng thường phải ở mức tương đối cao khoảng từ 70 – 75 kV

Kết luận:

Quan tìm hiểu sơ bộ về thiết bị lọc bụi, cấu tạo và các bộ phận cùng nguyên lý hoạt động của chúng Đồng thời đưa ra được chức năng các bộ phận, các thông số kỹ thuật, giúp ta có khái niệm ban đầu về lọc bụi và cơ bản có thể định hướng để có thể thiết kế chi tiết thiết bị lọc bụi tĩnh điện Trong phạm vi của điện tử công suất ta chỉ xét đến hệ thống cung cấp điện

áp vào cho lọc bụi tĩnh điện cùng các khâu liên quan đến hệ thống này Như đã phân tích ở trên thì với cao áp lọc của chúng ta là 72 kV thì

được áp dụng chính ở trong các nhà máy sản xuất xi măng Chúng ta thiết

kế mạch điều khiển và mạch lực theo điện áp đầu vào đã cho và với cao áp lọc của chúng ta 72 kV Tuy nhiên chúng ta phải luôn luôn đảm bảo ổn

định điện áp đầu vào, có khả năng chống ngắn mạch và tự động đóng mạch vào điện áp làm việc với thời gian điều chỉnh được

Chương II Rơle thời gian

Trong tự động điều khiển, bảo vệ thường gặp những trường hợp cần có một khoảng thời gian giữa những thời điểm tác động của hai hay nhiều thiết

bị, hoặc trong tự động hóa các quá trình sản xuất, nhiều khi phải tiến hành những thao tác kế tiếp nhau những khoảng thời gian cần thiết đó, người ta dùng rơle thời gian Như vậy, có thể định nghĩa rơle thời gian là rơle có đặc tính: Khi có tín hiệu vào rơle mới phát tín hiệu ở đầu ra (còn gọi là rơle trễ thời gian hay bộ trễ)

+ Những yêu cầu chung đối với rơle thời gian bao gồm :

- Khả năng duy trì thời gian ổn định, chính xác, tin cậy, không phụ thuộc vào dao động của điện áp nguồn cung cấp, tần số nhiệt độ và các điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, độ dung…)

- Công suất ngắt của hệ thống tiếp điểm đủ lớn

- Công suất tiêu thụ nhỏ

- kết cấu, sử dụng đơn giản

Hầu như ở tất cả các loại rơle trở về trạng thái đầu khi tín hiệu điện

đầu vào bằng 0, do đó không yêu cầu hệ số nhả cao

Trong các sơ đồ tự động điều khiển, nhiều khi có tần số thao tác cao nên yêu cầu đoọ bền cơ về chống mài mòn cao từ 5 ữ 10.106 lần thao tác Thời gian tạo trễ chậm từ 0,25(s) trở lên , có thể tới hàng giờ và lâu hơn nữa Các rơle thời gian điện tử còn cho phép hẹn giờ (nhớ) hoặc lập trình + Cấu trúc chung của rơle thời gian gồm có các bộ phận chính sau:

- Bộ phận động lực: có chức năng nhận tín hiệu vào là năng lượng điện, biến đổi thành năng lượng thích hợp cho bộ phận hợp thời gian hoạt động

Bộ phận động lực có thể là nam châm điện, động cơ điện, bộ biến đổi điện: biến áp, chỉnh lưu…

- Bộ tạo thời gian : có chức năng kéo dài thời gian trễ của rơle Bộ phận này làm việc theo nhiều nguyên lý khác nhau như : điện tử, cơ khí, khí nén, thủy lực , điện tử v v Căn cứ vào bộ tạo thời gian trễ mà có tên rơle tương ứng

Ví dụ rơle điện từ , rơle thời gian thủy lực, rơle thời gian điện tử v v

- Bộ phận đầu ra: rơle phát tín hiệu ra bằng sự thay đổi trạng thái đóng,

Kết cấu rơle thời gian kiểu điện từ như trên hình 2.2:

Mạch từ gồm lõi 1, nắp 2, tấm đệm phi từ tính 3 (thường bằng các tấm

đồng mỏng 0,1(mm)) Lõi sắt 1 được bắt chặt lên bảng điện 4 nhờ đế nhôm

5 Trên đế còn lắp hệ thống tiếp điểm 6 Nam châm điện một chiều có lõi làm bảng thép armkô Nhánh phải có tiết diện tròn để chế tạo và láp ráp cuộn dây được thuận tiện Nhánh trái có tiết diện chữ nhật, nhờ đó tăng

được chiều dài chỗ tiếp xúc giữa lõi và nắp từ là phần chuyển động, do đó tăng được độ bền cơ chống mài mòn của cạnh quay Trên nhánh trái có lắp một vòng ngắn mạch có dạng ống trụ rỗng 8, tiết diện lớn, làm bằng vật liệu dẫn điện tốt như đồng hoặc nhôm

Hình 2.2 Rơle thời gian điện từ

Bộ phận duy trì thời gian của rơle làm việc theo nguyên lý điện từ, trên cơ sở sử dụng dòng điện cảm ứng xuất hiện trong ống dẫn điện trụ rỗng, khi từ thông chính do cuộn dây sinh ra trong mạch từ biến thiên Theo định luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ thông của nó sinh

ra chống lại sự biến thiên (tăng hay giảm) của từ thông chính Do vậy, tốc

độ tăng hay giảm của từ thông chính khi cuộn dây được đóng hay ngắt điện

sẽ chậm đi Có nghĩa thời gian tác động và thời gian nhả của rơle được tăng lên

Muốn có thời gian nhả chậm hơn, từ dẫn khe hở không khí làm việc và khe hở phụ phải rất lớn, cho nên các bề mặt tiếp xúc giữa lõi và nắp nam châm điện phải được mài nhãn

Đế đúc nhôm của rơle còn đóng thêm vai trò vòng ngắn mạch phụ để tăng thời gian nhả chậm

Trong vật liệu từ lí tưởng, sau khi ngắt điện cuộn dây, từ thông trong lõi giảm đến giá trị còn dư Φd Giá trị Φd do vật liệu và kích thước mạch từ quyết định Lực khử từ càng nhỏ, mật độ từ thông dư Bd càng nhỏ, từ thông dư Φd càng bé thì thời gian nhả chậm của rơle càng lớn Thời gian nhả chậm

đối với mạch từ bão hòa có thể tính theo công thức:

∫Φ Φ

Φ

dR

Wt

R =ρ +αθ

Điện trở R phụ thhuộc vào điện trở suất ρ của vật liệu, kích thước chiều dài trung bình một vòng l, tiết diện ngang s, hệ số nhiệt điện trở α và nhiệt độ làm việc θ của vòng, do đó ảnh hưởng đến thời gian nhả chậm của rơle

Ngoài ra vật liệu có độ tư thẩm cao ở đoạn chưa bão hòa của đường cong từ hóa cũng cho thời gian nhả chậm lớn

Trong những điều kiện giống nhau thời gian nhả chậm do từ thông ban

đầu Φ0 quyết định, giá trị này do đường cong từ hóa ở trạng thái đóng quyết

định Vì dòng điện trong cuộn dây và điện áp tỉ lệ với nhau nên tương quan giữa từ thông và điện áp Φ(U) cùng tỉ lệ nhưng ở tỉ lệ khác Khi mạch từ chưa bảo hòa, ở điện áp định mức, giá trị Φ0 phụ thuộc nhiều vào giá trị

điện áp nguồn Khi đó thời gian chậm sẽ phụ thuộc theo điện áp đặt vào cuộn dây

Trong các sơ đồ truyền động điện, điện áp đặt lên cuộn dây thường thấp hơn định mức Do đó thời gian nhả chậm củng nhỏ do Φ0 nhỏ Để tạo

được thời gian nhả chậm không phụ thuộc vào điện áp nguồn, mạch từ phải bão hòa cao (hình 2.3) Trong một vài rơle, điện áp sụt đến 50% cũng không ảnh hưởng đến thời gian chậm

Muốn thời gian nhả chậm ổn định, thời gian cấp điện cho cuộn dây phải đủ lớn để từ thông đạt đủ đến giá trị xác lập Φ0 Thời gian này gọi là thời gian nạp (hay thời gian chuẩn bị) Nếu thời gian nạp không đủ, thời gian nhả chậm sẽ bị giảm đi Thời gian nạp vào khoảng 1 giây

Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến thời gian nhả chậm Nhiệt độ tăng làm thời gian nhả chậm giảm, đôi khi giảm đến 50% Chịu ảnh hưởng của nhiệt độ là nhược điểm của loại rơle này

2 Điều chỉnh thời gian làm việc của rơle

Có thể điều chỉnh thời gian tác động của rơle bằng cách thay đổi lực căng của lò xo nhả 9 (hình 2.2) Nếu tăng lực lò xo sẽ làm tăng lực hút ban

đầu dẫn đến tăng thời gian tác động Nhưng vì ở trạng thái mở của nam châm điện hằng số thời gian điện từ của nam châm điện nhỏ nên thời gian nhả chậm khi hút củng nhỏ, khoảng 0,2(s)

Khi cần thời gian nhả chậm lớn hơn 1(s) phải dùng rơle ở chế độ nhả Lúc này có thể điều chỉnh thời gian nhả chậm bằng các cách sau:

Thay đổi lực lò xo tách nắp 11 (hình 2.2) Đầu trên lò xo này tựa vào miếng lót 14 đã được chốt 15 vặn chặt lên nắp Đầu dưới lò xo truyền lực lên chốt đồng 12 tự do di chuyển trong lỗ ở nắp Trục chốt đồng 12 di chuyển tương đối với trục lò xo ở trạng thái đóng chốt 12 bị đẩy lên và lò

xo 11 bị thêm lực ép Lò xo 11 tạo ra lực chính tách nắp ra khỏi lõi trong giai đoạn đầu quá trình nhả của rơle Thay đổi lực ép ban đầu của lò xo tức

là thay đổi lực tách nắp nhờ ốc điều chỉnh 13

Nếu tăng lực lò xo 11, làm tăng lực tách nắp, tăng từ thông nhả, dẫn

đến giảm thời gian nhả chậm của rơle (hình 2.4a) Ngược lại giảm lực lò xo

sẽ tăng thời gian nhả chậm Khi từ thông nhảΦnh gần bằng từ thông dư Φdthì thời gian nhả chậm tăng lên rất nhiều và sai lệch tăng nhiều, làm giảm

độ chính xác của rơle Do vậy không nên cho rơle làm việc ở vùng Φnh =

Φd

Để thay đổi trong phạm vi lớn và nhảy cấp (điều chỉnh thô) thời gian nhả chậm của rơle, có thể chiều dày tấm đệm phi từ tính đặt giữa nắp và lõi thép ở trạng thái đóng, mạch từ bão hòa, bề dày tấm đệm ít ảnh hưởng đến giá trị Φ0 Khi giảm chiều dày tấm đệm phi từ tính (thường bằng các lá

đồng vàng mỏng 0,1ữ0,3mm), sẽ làm tăng độ từ cảm của cuộn dây có lõi thép, mạch từ ở trạng thái không bão hòa và làm giảm tốc độ suy giảm của

từ thông trong lõi, kết quả thời gian nhả chậm tăng lên (hình 2.4b)

Loại rơle này được chế tạo có thời gian nhả chậm từ 0,3ữ5(s), sử dụng

điện một chiều Dòng định mức của rơle 10(A) ở điện áp 110(V) và 5(A) ở

điện áp 220(V) Rơle làm việc bền, chắc chắn

II Rơle thời gian kiểu thủy lực

Rơle thời gian kiểu thủy lực có cấu tạo và hoạt động như hình 2.5:

7

2

8 4

5

3

6

1 W

Hình 2.5 Rơle thời gian kiểu thủy lực

Bộ phận động lực là nam châm điện 1 Bộ phận tạo thời gian là hệ thống thủy lực gồm xilanh, pittông, lò xo cản trong xilanh chứa đầy dầu nhờn

Bộ phận ra là hệ tiếp điểm tác động tức thời (không trễ) và tiếp điểm tác động chậm (có trễ) Rơle làm việc như sau:

Khi có tín hiệu điện điều khiển đưa vào cuộn dây nam châm điện 1, lực hút điện từ kéo nắp chuyển động rất nhanh (coi là tức thời) về lõi, nam châm ở trạng thái hút Khi nắp hút làm hệ tiếp điểm tác động tức thời 6 thay

đổi trạng thái :thường mở sẽ đóng lại và thường đóng sẽ mở ra, đồng thời lò

xo kéo 3 bị kéo căng ra sẽ kéo píttông chuyển dịch xuống dưới, dầu nhờn khoang pittông bị ép đẩy lên trên qua lỗ thông Vì lỗ thông này nhỏ nên dầu nhờn tạo ra lực cản chuyển động của pittông, làm cho pittông chuyển động chậm lại Phải một thời gian sau, pittông mới đi hết quãng hành trình đã

định và tay ngang ở đầu cần pittông tì lên hệ tiếp điểm tác động chậm làm thay đổi trạng thái đóng, mở của chúng Như vậy hệ pittông và xilanh đầu chức năng tạo thời gian chậm của rơle

Khi pittông đi xuống, lò xo 5 bị nén và van một chiều 8 đóng

Khi ngắt điện cuộn dây nam châm điện, lò xo 3, lò xo 5, van một chiều mở, làm nắp nam châm và pittông, nhanh tróng chở về vị trí ban đầu, các hệ tiếp điểm cũng lập tức thay đổi về trạng thái đóng, mở đầu

Rơle loại này có thể tạo được thời gian trễ từ 0,4ữ180(s) Có thể điều chỉnh thời gian bằng thay đổi tiết diện lỗ thông dầu bằng vít 7 hoặc thay đổi quãng dịch chuyển tác dụng của pittông và bằng cách điều chỉnh vị trí ban

đầu của hệ tiếp điểm tác động có trễ Đặc điểm của rơle thời gian kiểu thủy lực là có thể chế tạo rơle làm việc với điện xoay chiều hoặc một chiều dễ dàng Thời gian trễ của rơle không phụ thuộc vào sự dao động của điện áp, tần số nguồn, nhưng độ nhớt của dầu chịu ảnh hưởng của nhiệt độ làm thay

đổi độ chính xác của rơle tới: ± 10% Dòng định mức của hệ tiếp điểm là 3(A), điện áp làm việc đến 380(V)

III Rơle thời gian kiểu đồng hồ

Trong rơle thời gian kiểu đồng hồ, bộ phận động lực làm rơle hoạt

động có thể là một cuộn lò xo lá (như dây cót trong đồng hồ cơ khí) Khi vặn lò xo cuộn chặt lại, lò xo đã được nạp năng lượng Do tính đàn hồi, khi

lò xo xổ rảtở về trạng thái đầu, thì giả phóng năng lượng cơ làm rơle hoạt

động Bộ phận động lực có thể là một nam châm điện Khi có tín hiệu điều khiển vào cuộn dây nam châm, phần ứng (nắp) nam châm được hút về phía lõi nhờ lực hút điện từ sẽ kéo căng lò xo (hoặc làm nhả lò xo đã được kéo hay nén sẵn) để rơle hoạt động

Bộ phận tạo thời gian là hệ thống các bánh răng giảm tốc và cơ cấu cóc dao động Cơ cấu cóc này có tác dụng làm các bánh răng chuyển động quay với tốc độ chậm và không thay đổi như ở đồng hồ cơ khí thông thường, nhờ đó tạo được thời gian trễ cho rơle

Sơ đồ động học đơn giản của rơle thời gian kiểu đồng hồ dùng điện xoay chiều như ở hình 2.6a và một chiều ở hình 2.6b

Mạch từ 1và nắp 2 làm bằng thép lá kĩ thuật điện dập ghép lại để giảm tổn hao trong lõi thép, đồng thời chế tạo đôn giản hơn Cuộn dây 3 đặt ở trụ giứa của mạch từ Nắp 2 với lò xo nhả 4 Một đầu tay đòn 5 của cơ cấu

đồng hồ tì vào nắp 2 nhờ lò xo kéo 6 Khi nam châm điện cấp điện , nắp 2

được hút xuống làm hệ thống bánh răng đồng hồ quay dưới tác động lò xo kéo 6,dẫn đến tay quay 8 quay và sau một thời gian sẽ tác động lên hệ tiếp

điểm 9 Nhờ quả lắc (dao động) và cơ cấu cóc 7, tốc độ quay của tay quay

được giảm xuống và không đổi, làm cho thời gian tác động của rơle được kéo dài, độ chính xác và tính ổn dịnh làm việc được tăng cao

Điều chỉnh thời gian tác động của rơle bằng cách thay đổi góc quay ban đầu giữa tay quay 8 (hoặc cơ cấu cam) và hệ tiếp điểm 9

Ngoài ra rơle còn có một hệ tiếp điểm tác động tức thời 10 (không trễ)

được đóng mở nhờ nắp nam châm điện

Thời gian trễ của loại rơle kiểu đồng hồ trên đạt tới 20(s)± 0,1 Rơle làm việc ổn định, gần như không bị ảnh hưởng, dao động của điện áp nguồn, tuổi thọ cao Nếu dùng cho điện một chiều, chỉ cần nam châm điện

là loại nam châm một chiều

Một số loại rơle kiểu đồng hồ có bộ phận động lực loại cơ khí, dùng lò

xo lá cuộn như đã nói trên, có thời gian trễ hơn: 6, 15, 30 và 60(phút) Ví dụ các rơle hẹn giờ ngắt trong một số đồ dùng điện như quạt, máy giặt, ổ cắm

điện… Có loại rơleđược thay đòn quay 8 bằng cơ cấu nhiều bánh xe cầm để

đóng mở nhiều tiếp điểm trong các thời điểm và thời gian trễ khác nha, dùng điều khiển thiết bị làm việc theo một chương trình đã định như máy giặt, máy rửa, máy ấp trứng… trong công nghiệp và sinh hoạt đời sồng

Hình 2.6a Rơle thời gian kiểu đồng hồ

Hình 2.6b Rơle thời gian một chiều kiểu đồng hồ

IV Rơle thời gian kiểu động cơ

Khi điều khiển các quá trình hoạt động của thiết bị, máy móc cần có thời gian trễ lớn: từ vài phút đến vài giờ hoặc lâu hơn nữa, hay các quá trình làm việc diễn ra có tính lập lại theo chu kì, người ta thường sử dụng các rơle thời gian kiểu động cơ Loại rơle này có cấu trúc chung như sơ đồ hình 2.7

động trong suốt quá trình rơle làm việc Cấu tạo động cơ loại này như ở hình 2.8a Đặc điểm của loại động cơ này là cấu tạo đơn giản, ít hư hỏng

Tốc độ quay phụ thuộc vào dao động của điện áp nguồn, dẫn đến giảm độ chính xác của rơle

U ~

1

2

3 4

Hình 2.8a Động cơ trong rơle thời gian b) Động cơ không đồng bộ một pha kiểu chạy tụ

Loại này thường được chế tạo có bốn cực, hai cuộn dây gồm: một cuộn chạy và một cuộn phụ nối với tụ điện Mỗi cuộn dây được chia làm hai cuộn nhỏ, đặt trên hai cực xen kẽ nhau Tốc độ động cơ là 1460 vòng/phút ở tần số nguồn 50(Hz) Công suất cơ từ 4ữ8(W) Động cơ này nối với một hộp giảm tốc cơ khí, có mômen ở đầu trục ra lớn, đủ để cuộn chặt dây cót của bộ phận tạo thời gian trễ kiểu đồng hồ Khi dây cót đã được cuộn chặt,

động cơ được ngắt điện và dừng quay, lò xo dây cót xổ ra, giải phóng năng lượng làm cơ cấu đồng hồ làm việc Trong thời gian động cơ điện cuộn dây cót từ 15ữ20(s), cơ cấu đồng hồ vẫn làm việc bình thường Khi dây cót xổ

ra gần hết, động cơ được tự động đóng điện, lại cuộn chặt dây cót cho chu kì làm việc mới Thời gian quá trình xổ dây cót từ 60ữ120(phút) Như vậy cơ cấu đồng hồ tạo thời gian trễ làm việc được nhờ động cơ nạp năng lượng cho dây cót Dẫn đến thời gian trễ của rơle đảm bảo chính xác, không bị

ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn và vẫn tạo được khoảng thời gian trễ lớn

c) Động cơ bước

Là một dạng đặc biệt của động cơ đồng hồ một pha Stato thường có một cuộn dây đặt trong lõi thép có nhiều cực Rôto là một nam châm vĩnh cửu Khi có một nửa sóng điện áp nguồn (hình sin) hoặc một xung điều khiển đặt vào động cơ, rôto sẽ quay được một góc xác định, gọi là một bước, sau đó đặt tiếp nửa sóng thứ hai hoặc một xung ngược cực tính với xung trước, rôto lại quay tiếp được góc thứ hai Như vận động cơ quay thành từng bước gián đoạn (không trơn liên tục như động cơ thường), tốc độ quay tùy thuộc tần số điện áp nguồn hay tần số xung đưa vào động cơ Khi tần số nguồn là 50Hz, động cơ quay được 2.f =100 buớc/s Mỗi bước quay ứng với thời gian 0,01(s) Do đó thời gian trễ của rơle chính xác đến 0,01(s) không phụ thuộc sự giao động trị số điện áp, chỉ phụ thuộc vào tần số điện

áp nguồn, không phụ thuộc nhiệt độ môi trường làm việc

2 Bộ phận tạo thời gian

Là các bộ giảm tốc bánh răng cơ khí, tương tự như ở đồng hồ thời gian cơ Dùng để biến đổi tốc độ quay nhanh của động cơ xuống tốc độ chậm, thích hợp với thời gian trễ cần có của rơle từ vài giờ cho đến hàng tuần hoặc lâu hơn

3 Bộ phận tiếp điểm

Trong rơle có thể chỉ có cặp tiếp điểm có thời gian (gồm 1 thường

đóng và 1 thường mở) hoặc có hai cặp tiếp điểm: một cặp có thời gian và một cặp tác động tức thời (không có thời gian trễ) Các tiếp điểm này được

đóng mở bằng hệ thống bánh xe cam gắn trên đầu trục ra của hộp giảm tốc Tùy theo hình dạng và tốc độ quay của bánh xe cam để có thời gian đóng

mở tiếp điểm tùy ý Điều chỉnh thời gian trễ của rơle bằng cách thay đổi vị trí ban đầu của hệ thống tiếp điểm nhờ các nút gặt hay nút ấn

Rơle có thể gồm nhiều bánh xe cam và cặp tiếp điểm tương ứng để có thể lập và thay đổi chương trình làm việc của rơle khi cần điều khiển các qui trình công nghệ phức tạp theo thời gian

Ví dụ cấu tạo một loại rơle thời gian kiểu động cơ như trên hình (2.8b,c)

Hình 2.8b Rơle thời gian kiểu động cơ

Hình 2.8c Rơle thời gian lập trình kiểu động cơ L

V Rơle thời gian điện tử

1 Rơle thời gian đèn điện tử

Rơle thời gian điện tử là các rơle thời gian có cấu tạo và làm việc dựa trên các linh kiện điện tử như : đèn điện tử chân không, tranzitor, điod, tiristor, mạch tổ hợp IC…

Hình 2.9 trình bày nguyên lý làm việc của một rơle thời gian dùng đèn

điện tử và nguồn điện một chiều kiểu đơn giản nhất

Khi đóng khóa K, tụ điện C bắt đầu phóng điện qua điện trở R Điện

áp U0 lớn hơn điện áp Up của đèn 3 cực, nên lúc này đèn bị khóa Trong mạch anốt không có dòng điện , rơle ở trạng thái nhả

Khi mở khóa K, tụ điện C bắt đầu phóng điện qua điện trở R Điện áp

U0 từ từ giảm theo hàm mũ tắt dần Điện thế lưới của đèn từ từ trở nên dương Sau một thời gian khi điện thế này đạt đến giá trị điện áp lưới tác

động, thì đèn chuyển sang chế độ mở Dòng điện trong mạch anốt tăng lên, làm rơle điện từ tác động, tiếp điểm rơle được đóng Ta nói rơle thời gian đã tác động (chế độ đóng chậm)

Thời gian tác động của rơle phụ thuộc vào hằng số thời gian (quán tính

điện) của mạch RC:

ttd = RCln

td

0UU

trong đó: ttd thời gian tác động của rơle;

U0 : điện áp nguồn diều khiển :

Utd : điện áp lưới đèn khi rơle tác động

Nếu R và C có trị số lớn, thời gian nhận sẽ tăng Loại rơle này có thời gian chậm (trễ) đến vài phút Khi thời gian chậm càng lớn, độ chính xác của rơle càng giảm Điều chỉnh thời gian chậm bằng cách thay đổi trị số của

điện trở R

+ -

2 Rơle thời gian bán dẫn

Thay đèn điện tử bằng tranzitor bán dẫn, ta được một rơle thời gian

tranzitor (như ở hình 2.10) Rơle dùng cho điện một chiều Thực chất đó là

bộ khuếch đại hai tầng làm việc ở trạng thái rơle Đầu vào của T1 nối với tụ hóa C

Khi khóa K đóng, tụ C được nạp đến điện áp nguồn E Cực gốc của T2

được nối với cực phát của T1 qua điện trở R3 Chế độ làm việc của mạch

được chọn sao cho khi khóa K đóng thì rơle điện từ R ở trạng thái nhả

Khi có tín hiệu điều khiển, khóa K mở, tụ C bắt đầu phóng điện qua

điện trở R2 và cực phát của T1 Do đó điện thế điểm A tăng dần, làm cho dòng điện đi qua cực phát của T2 tăng Sau một thời gian xác định, tùy thuộc vào trị số của C và R2, dòng điện này đạt đến trị số tác động, rơle

điện từ R đóng, tiếp điểm đầu ra của rơle đóng Điện trở R4 dùng để thay

đổi dòng tác động của rơle điện từ

Loại rơle này có thời gian chậm đến vài phút Ưu điểm chính là có tuổi thọ cao, công xuất điện tiêu thụ ít, nhưng đặc tính thời gian chịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn và nhiệt độ môi trường

Vì vậy, để nâng cao độ chính xác thời gian rơle, trong các rơle trên phải có thêm các phần mạch phụ trợ khác như: mạch điện áp làm việc,

mạch bù nhiệt… Rơle điện từ R được dùng với mục đích cách ly về điện giữa mạch của rơle với mạch phía sau và tăng dòng ra của rơle, vì tiếp điểm của rơle điện từ cho phép đóng ngắt dòng đến 5(A) trong khi dòng mạch cực phát T2 rất nhỏ, cỡ vài phần trăm ampe

Với rơle dùng điện xoay chiều, trong rơle còn có phần mạch chỉnh lưu

và mạch lọc điện áp nguồn

Hai loại rơle thời gian điện tử và bán dẫn đều tạo thời gian trễ trên cơ

sở sử dụng quá trình phóng điện của tụ trong mạch điện qua điện trở Hạn chế của chúng là khoảng thời gian trễ nhỏ, phụ thuộc vào dao động điện áp

và nhiệt độ Độ chính xác cao

3 Rơle thời gian vi mạch (IC)

Với rơle loại này, người ta có thể tạo ra các loại rơle thời gian có dải thời gian làm việc rất rộng, từ 0,001(s)ữ9999(h), độ chính xác và độ tin cậy cao nhiều tính năng làm việc Đáp ứng được yêu cầu của các bài toán tự

động điều khiển có nội dung phức tạp, khối lượng thông tin lớn

Cấu tạo chung của rơle thời gian vi mạch gồm các bộ phận chức năng chủ yếu như ở hình 2.11

a) Bộ phận tạo thời gian

ở đây là các phần mạch dao động, tạo ra các xung có tần số ổn định không đổi Thông thường, tần số dao động này rất lớn, từ vài trăm kHz trở lên Nếu tần số được giảm phù hợp với đặc tính thời gian làm việc của rơle qua các phần mạch chia tần số Trong một số loại rơle thời gian dùng nguồn xoay chiều lưới điện quốc gia, người ta dùng tần số nguồn làm xung thời gian chuẩn, mỗi xung ứng với 0,01(s) ở tần số 50(Hz)