THIẾT KẾ BỘ NGUỒN CHO TẢI ĐIỆN PHÂN P=U*I, U=220v, I=500AP=U*I, U=220v,I=500A

Chương I:Giới thiệu khái quát về tảiI-1 Khái niệm: Điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hoặc chất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MÔN :ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ BỘ NGUỒN CHO TẢI ĐIỆN PHÂN

P=U*I,U=220v,I=500A

Giáo viên hướng dẫn :Th.S Nguyễn Đoàn Phong

Sinhviên :Nguyễn Huy Hoàng

Lớp : ĐC 701

Chương I:Giới thiệu khái quát về tải

I-1 Khái niệm:

Điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện

cực khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hoặc

chất điện li nóng chảy

NaCl khi nóng chảy phân li thành các ion

NaCl Na +

Cl-Lúc đó các ion chuyển động hỗn loạn Nhưng nếu ta đặt một điện

trường nghĩa là nối 2 điện cực với nguồn điện một chiều thì các ion

không còn chuyển động tự do nữa mà chuyển động theo hướng :

cation Na+ đi về phía catot (cực -) và anion Cl- hướng về phía (cực +),

ở catot xảy ra phản ứng khử ion Na+,còn ở anốt xẩy ra phản ứng oxi hoá ion Cl-

Ở catot Na + 1e=Na

Ở anot 2Cl- = Cl2 +2e

2Na + 2Cl- điên phân 2Na + Cl2

Phản ứng được gọi là phản ứng điện phân dạng ion

I-2 : ĐIỆN PHÂN

Sau khi chế tạo các tạp chất nước muối được đưa sang công đoạn điện phân

2-a Cơ sở lý thuyết của quá trình điện phân

Anot graphit (1)

Catot sắt có dạng lưới (2)

Chia thùng điện phân thành 2 phần

Nước muối đưa vào không gian anốt qua màng ngăn cách và Catốt , vào không gian Catốt rồi ra ngoài

Khi cho dòng điện một chiều qua thùng phân các anion OH -,Cl-

về anot , còn cation H+,Na+ về catot để phóng điện

2-b) Ðiều kiện điện phân:

Duy trì mức độ phân hủy muối ăn khoảng 45 - 55% Muối không bị

phân hủy sẽ theo dung dịch xút ra ngoài thùng điện phân

Nồng độ muối ăn trong dung dịch gần như bão hòa (khoảng 310 - 315 g/l) vì dung dịch càng đậm đặc thì ®ộ tan của Cl càng thấp

Nhiệt độ điện phân tương đối cao , khoảng 85 - 97°C,nhiệt độ cao cũng

có tác dụng hạn chế các quá trình điện phân như dung dịch muối đậm đặc

1-3 ) Sự dẫn điện của các chất điện phân

Dung dịch điện ly cũng có đặc tính dẫn điện như kim loại :

Sự dẫn điện của kim loại là do sự di chuyển điện tử tự do có khối lượng không đáng

kể , và có sự dẫn điện trong kim loại không kèm theo sự tải vật chất

Sự dẫn điện trong dung dịch điện ly là do sự di chuyển của các ion âm và dương về

2 cực nhúng vào dung dịch điện ly ,do đó có sự tải theo vật chất

Điện cực và dung dịch xảy ra sự trao đổi điện tử , nếu điện tử được chuyển từ điện cực đến ion hoặc phân tử trong dung dịch thì điện cực được gọi là catot tại đây xảy ra phản ứng khử

Ví dụ : Cu2+ + 2e Cu ( 1 )

Fe3+ + e Fe2+ ( 2 )

Sự khác nhau giữa phản ứng điện hóa với phản ứng hóa học là toàn bộ năng lượng của phản ứng chuyển thành nhiệt

1-4) Nguyên nhân hình thành dung dịch điện phân

Khi hòa tan một chất tan vào dung môi thích hợp ta sẽ thu được một dung dịch điện phân mà sự hình thành là do kết quả của các dạng tương tác trong đó dạng tương tác gây ra sự phân ly khi hòa tan là tương tác ion - lưỡng cực của dung môi

Trong các chất tan người ta phân biệt :

* Chất điện phân thực là chất mà trước khi hóa tan đã có cấu trúc ion

* Chất điện phân tiềm năng là chất mà sự hình thành ion trong dung dịch chỉ xảy

ra khi hòa tan

I.5) ng d ng đi n phõn và một số nhận xet Ứ ụ ệ

i n phõn cú ng d ng r t to l n trong nhi u lĩnh v c cụng nghi p

Đệi n phõn cú ng d ng r t to l n trong nhi u lĩnh v c cụng nghi p ứ ụ ấ ớ ề ự ệ

nh luy n kim ( i u ch và tinh luy n cỏc kim lo i ki m, ki m th , ư ệ đ ề ế ệ ạ ề ề ổ

nh luy n kim ( i u ch và tinh luy n cỏc kim lo i ki m, ki m th , ư ệ đ ề ế ệ ạ ề ề ổ

Mg, Al, c ng nh Cu, Ag, Cu vv ); trong t h p cỏc h p ch t vụ c ũ ư … ổ ợ ợ ấ ơ

Mg, Al, c ng nh Cu, Ag, Cu vv ); trong t h p cỏc h p ch t vụ c ũ ư … ổ ợ ợ ấ ơ

cung nh h u c (H2, O2, Cl2, NaOH, anilin C6H5NH2 vv ); m ư ữ ơ … ạ

cung nh h u c (H2, O2, Cl2, NaOH, anilin C6H5NH2 vv ); m ư ữ ơ … ạ

i n (m Cu, Ni,Cr, Ag vv )

đ ệi n (m Cu, Ni,Cr, Ag vv ) ạ …

  * Nhận xét :

Điện phân đ ợc sử dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất đặc biệt

là các ngành công nghiệp ở trong các ngành thí nghiệm thì hiện t ợng điện phân xẩy ra trong điều kiện dòng điện và điện áp thấp,

mặc dù điện phân đ ợc sử dụng nhiều trong các nhà máy xí nghiệp

nh ng cũng cần phải chú ý các vấn đề sau :

- Phải đảm bảo những điều kiện kĩ thuật tốt và luôn luôn đảm bảo

an toàn cho ng ời thợ vì dòng điện có thể lên tới rất cao

- Các loại hoá chất phải đ ợc bảo quản và sử dụng cẩn thận, thùng

đựng phảI đ ợc đậy nắp kín và bể chứa dung dịch phải có quạt để hút hơi độc để dảm bảo an toàn cho ng ời lao động trong quá trình làm việc cũng nh bảo vệ những hộ dân c gần đó

- Khi điện phân th ờng thải ra không khí những chất độc hại làm ảnh

h ởng tới môi tr ờng không khí xung quanh thì nơi đó phải co những biện pháp thích hợp để thu hồi hay sử lí chất độc hại

Chương II: Tính chọn sơ đồ mạch động lực

I Nhân xét chung:

Việc tính toán và thiết kế đưa ra sơ đồ chỉnh lưu là một việc quan trong.Vì mỗi tải có một dặc tinh riêng nên ta phải xét kỹ về các mạch chỉnh lưu.Sau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu thường gặp:

1_ Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ

Sơ đồ nguyên lý :

- Biểu thức dòng :

Trị trung bình dòng tải :

Dòng id = .(2cosθ1 - ω.τ.sinθ1) với ω.τ = θ2 - θ1

* Công suất biểu kiến của MBA :

2 Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì :

a)Chỉnh lưu Diode

* Tải thuần trở:

Sơ đồ nguyên lý:

- Trong 0 ≤ θ ≤ π : D1 dẫn dòng

- Trong π ≤ θ ≤ 2π : D2 dẫn dòng i

Có ,dòng tải trung bình : Id =

Dòng trung bình qua diode:

Công suất biểu kiến :

Phương trình cân bằng điện áp:

phụ thuộc nhưng sự ổn định chưa cao

3.Chỉnh lưu cầu 1 pha

a, Chỉnh lưu dùng diode

* Tải R

Sơ đồ chỉnh lưu :

Khi A(+) : D1 mở -> D2 khoá, D3 mở-> D4 khóa, dòng điện đi theo chiều

Dòng đi qua diode : ;

điện áp ngược max

Trị hiệu dụng dòng trong MBA :

Vì L >> nên làm phẳng dòng id , dòng tải i là dòng liên tục

-Xét trùng dẫn: Khi T1 và T3 đang dẫn, phát xung mở choT2,T4 mở vì có dòng điện cảm L nên dòng iT1va iT3 không giảm đột ngột về 0 được và iT2,iT4 không được tăng đột ngột từ 0 được Lúc này cả 4 Ti đều mở cho dòng chạy qua , gây ra ngắn mạch và dòng ngắn mạch :

Khi tải R+L+E

5 Chỉnh lưu hình tia 3 pha

a, Chỉnh lưu dùng diode

* Tải thuần trở :

Sơ đồ nguyên lý :

Khi A(+) : UA < U C ( D3 đang dẫn D1, D2 phân cực ngược

UA = UC , pha A đang dương dần , pha C âm dần , tới khi Ua > Uc thì D1 bắt đầu dẫn D3 khóa lại

Khi Ua = UB , pha A âm dần, pha B dương dần-> D2 mở

* Tải R + L (L >> R)

Mạch có thên cuộn cảm thì dòng điện sẽ phẳng hơn

* Tải R + E

Để có dòng tải liên tục thì phải thỏa mãn điều kiện

Điện áp ngược dặt lên mỗi diode :

ISơ đồ nguyên lý

Xét với ,

Dòng tải id gián đoạn

b, Chỉnh lưuThyristor

* Tải R:

Giả sử α = 30 0 , phát xung mở pha A -> Thyristor T1 dẫn Tương tự với pha B và phaC.Nếu <300 thì dòng và áp là liên tục,nếu >300 thì dòng và áp gián đoạn:

Sơ đồ nguyên lý :

* Tải R + L

Khi trong mạch co thêm phần tử L , nó có tác dụng san phẳng dòng điện

,Điện áp có phần điện áp âm là do cuộn cảm xả năng lượng

NX: - Góc mở càng tăng thì dòng càng gián đoạn

- Sử dụng nhiều Ti nên tốn kém

6 Chinh luu hinh tia 6 pha.

a Chinh luu Diode

:

Ta co:

ưưưưưVớiưUd1ưlàưđiệnưápưdoưphaưdươngưdẫn,ưUd2ưưlàưđiệnưápưdoưphaưâmưdẫn.ưưư

ưưưư-ưƯuưđiểm:ưchoưphépưsửưdụngưmộtưnửaưsốưvanưlàưTi,ưnửaưcònưlạiưlàưDưnênưítưtốnư kémưhơn,ưsơưđồưdơnưgiảnưhơn

ưưư-ưNhượcưđiểm:ưđiệnưápưchỉnhưlưuưchứaưnhiềuưthànhưphầnưsóngưhàiưnênưcầnưcóưthêmư bộưlọc

b.ưchỉnhưlưuưThyristor

ưưưưưưưưưư

Taưcóư:ưưưưư-ưƯuưđiểmư:ưđộưổnưđịnhưcủaưđiệnưápưvàưdòngưđiệnưlàưtốtưnhất

ưưưưưưưưưưưưưưưưư-ưNhượcưđiểmư:ưsửưdụngư6ưTiưnênưrấtưtốnưkém

8 Chỉnh l u cầu ba pha không đối xứng

sơ đồ nguyên lý:

Ta có :

III.Chọn mạch động lực

Thiết kế bộ nguồn cung cấp cho máy phát phải đảm bảo có dòng và

điện áp ổn định nên ta chọn sơ đồ hinh tia 3 pha.

1.Tính chọn Thyristor

khoảng 1,5 % Điện áp sụt trên mỗi Thyristor là 2 V

Dựa vào sổ tay ta chọn đ ợc Thyrisror là loại : FT1500EX16

Ch ơng III : Tính chọn mạch điều khiển

III.1 Giới thiệu về Thyristor

a, Cấu tạo

Thyristor do hai tiếp giáp p-n ghép lại với nhau.

Một khi Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng nữa.

Để khoá Thyristor ta có hai cách :

Làm giảm dòng điện làm việc I xuống d ới giá trị dòng duy trì ( hay làm dòng giảm về 0 trong khoảng t > toff )

Đặt một điện áp ng ợc lên Thyristor ( đây là biện pháp th ờng dùng ).

Thyristor đ ợc khoá bằng cực điều khiển GTO

Đặc tính Vol-Ampe của Thyristor gồm 4 đoạn :

Đoạn 1 :ứng với trạng thái khoá của Thyristor,

Đoạn 2 : ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2

Đoạn 3 : ứng với trạng thái mở của Thyristor

Đoạn 4: ứng với trạng thái Thyristor bị đặt d ới điện áp ng ợc

III.2 Nguyên tắc điều khiển Tiristor trong mạch xoay

chiều.

Ng ời ta dùng hai điện áp :

điện áp đồng bộ, ký hiệu là Ur, có dạng răng c a, đồng bộ với điện

áp đặt trên anốt ã katốt của Thyristor.

điện áp điều khiển, ký hiệu là Uc, là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh đ ợc biên độ.

b, Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”.

Theo nguyên tắc này, ng ời ta cũng dùng hai điện áp :

điện áp đồng bộ Ur v ợt tr ớc điện anốt-katốt của Thyristor một góc bằng

điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh đ ợc biên độ.

III.3 Sơ đồ khối của mạch điều khiển.

- Khâu đồng bộ và tạo điện áp răng c a có nhiệm vụ tạo điện áp răng c a trùng pha với áp anốt của Thyristor.

Khâu so sánh : đầu vào có hai tính hiệu là áp điều khiển và áp răng c a, có nhiệm vụ xác định hai áp bằng nhau, tại thời điểm đó phát xung điều khiển mở Thyristor.

Khâu khuếch đại và tạo xung có nhiệm vụ khuếch đại công suất

và độ rộng xung thích hợp để mở Thyristor.

a, Khâu đồng pha và tạo áp răng c a.

Sơ đồ mạch điều khiển và giản đồ xung

Tạo áp c a tuyến tính trùng pha với áp anốt của Thyristor.

* Tạo bằng diode, tụ điện :

*Tạo bằng Transistor và tụ

quang

*)Tạo bằng khuếch đại thuật toán

Sơ đồ nguyên lý:

Với Transistor là loại mở bão hoà

=> ta chọn sơ đồ cho khâu đồng bbộ và tạo điện áp răng c a là sơ

đồ dùng khuếch đại thuật toán.

b, Khâu so sánh

So sánh đồng dấu :

Khâu so sánh này ta nhận đ ợc một chuỗi xung hình chữ nhật âm và

d ơng kế tiếp nhau , có thể dùng diode đấu ở đầu ra của khâu so

sánh để loại bỏ đi một loại xung âm hoặc d ơng

Sơ đồ điều khiển va giản đồ điện áp:

*So sánh khác dấu:

Ta chọn sơ đồ so sánh là sơ đồ so sánh đồng dấu ( do ở sơ đồ này thì

điện áp răng c a và điện áp điều khiển sẽ ở hai đầu của bộ so sánh,

điều này sẽ tiện cho việc so sánh hơn ).

c ) Khâu khuếch đại và tạo xung

Sơ đồ nguyên lý:

Nếu chỉ có một xung kích mở thì xác suất để mở các van là ch a cao nên lúc này ta phải sử dụng mạch tạo chùm xung, khi đó các van sẽ chắc chắn mở hơn

Cuối cùng ta có mạch điều khiển và giản đồ xung:

III.4 Tính toán các phần tử trong mạch điều khiển

a, Tính máy biến áp xung :

c) Khâu so sánh tầng khuếch đại và tính điện áp răng c a đồng pha d) Tính thông số mạch tự dao động

III.5 Sơ đồ mạch điều khiển

Giản đồ xung :

Sau khi tớnhưtoỏnư,ưb tưtayưvàoưth cưhi nưt oưm chư i uưkhi nư,tuyưnhiờnưtrongư tớnhưtoỏnư,ưb tưtayưvàoưth cưhi nưt oưm chư i uưkhi nư,tuyưnhiờnưtrongư ắ ắ ự ự ệ ạ ệ ạ ạ đề ạ đề ể ể

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưCgư=::44ớ44::pF

5V,ưcònưnguồnưnuôiưcủaư555ưlàư15V,ưđiềuưnàyưsẽưlàmưphầnưtửưANDưhỏngưnếuưthờiưgianư kéoưdàiư.ưDoưđóưkhiưlàmưmạchưthựcưtếưtaưđãưlấyưnguồnưnuôiưchoư555ưlàư5Vưđểưtránhư hỏngưlinhưkiệnư(ưhoặcưởưđầuưraưcủaư555ưxâyưdựngưmộtưmạchưphânưápưđểưgiảmưbiênưđộư củaưxungư).

Em xin chân thành cảm ơn