Thiết kế mạch điều khiển lò nấu thép

W=I|2 n2.2ỉĩ2Ẩ.ịp./j.f.\ữ ■’ Trong đó: ánứng điện (A) tử công suât dòng điện 1, : cuộn Đô cảm số vòng dâyn cuộn : cảm ứng đường kính d : lò Tải lò nấu thép tải có tính biến động, thông qua đồ thịtừdưới Nhờ dòng xoay chiều THÉP cho trường nam châm lõi sắt mà kim CHƯƠNG l.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒgây NAU chiều cao mẻ h :liệu (cm) 1.1 Tìm lò nấu thépdần, cuối chảy vào rãnh lấy loại rắn hiểu đượcvềnung nóng - Ngành luyện đời lâu, phẩmluôn củabịnó đáp ứng nhu Loại thông dụngkim suấttừkhông cao,sản xí nguội cầu moi lĩnh cóvực Trong thời dụng gian đầu, nay: phưong pháp luyện thép cố - Loại không lõi sắt thông điển như: lò cao, Mactanhnhữngtừloại lò dây dùngcảm nhiên đốtdẫn củi Đặc điểm củalòloại lò từlàtrường cuộn ứngliệu thẳng than với sinh sử rộng hỗ rãicảm có điện năngđộthì phương vào kimNgày loại nay, Tại dụng dòng điện cường không phá nấu dây luyện thép điệnđiện chiếm thế:ở mặt dây, giảm dần đồng Mật độ dòng tập ưu trung ■ Nấu thépkhông lò phương pháp nhanh nhất, mang lại Ưu điểm lòluyện cảm ứng có điện lõi thép là: kinh caokim có phương - Cóhiệu thể luyện đượctếhợp độ sạchpháp cao biến đổi điện thành p: độ từ thẩm thép nhiệt Luyện hợp kim đồng nhất, thành phần hoá học bể lò đồng p: suất điện trở của- thép(Qcm) ■ trộn Điều chỉnh nhiệt dễđộng dàng, khả năng,chỉ tự động hoá cao có khả xáo gây lựctảiđộ điện Nhận thấy nhiệt độ khoảng 800-900°c tính cảm kháng luyện, nấu nhiều loại thép khác nhau, cho mục - Kim loạipluyện nhiệt độ pcao vàmạnh) đạt nhiệt độ cựcdùng đại toàn đích tính trở (do giảm có mạnh ,còn tăng bộlà tải ngắnkhác Tải lò nấu thép mạchnhau , nên nguồn cấp cho tải phải làm việc chế độ ■ ô nhiễm môicấp trường khối kim loại.ngắn mạch, It đógây ta chọn nguồn cho tải nghịch lưu nguồn dòng Có loại lò phổ biến sau: lò hồ quang, lò điện trở, lò cảm ứng Kim loại cháy nung kim loại từ 1.2.2 Quan hệ f,p,Ư Trong loại lò điện lò cảm ứng có ưu điểm trội cả: - Hiệu suất lò cao Nhiệt đôt nóng kim lọai đượcsuất, tính theo công thức Nấuchính chảycông loại độ hànhphạm đơn vi giản - ■Điều suấtkim nhiệt đơnnhất, giản,vận dễ dàng, rộng nấu chảy chân không hay môi trường đặc biệt vớikim lò Lò cảm ứng ứng dụng để luyện thép chất lượng cao cácSo hợp điện trở lò hồ quang hiệu nhiệt lò điện cảm ứng đặc biệt khác có yêu cầu độ cao, đồng xác thành phần hoá 80% so với 60%-75% lò hiệu suât nhiệt lên tới 96% học ■ Tuy Cấu tạo củanhiên lò lò càm ứng cỏ số công suất giảm diên trở vât liêubộgiảm để làtăng nảyvàthường Gồm hai phận vòngnhẽ cảmsốứng nồi lò người ta mắc tu điên song song vởi lò Nhiệt độ xỉ thấp cho nênVìkhó có qua tinh - Vòng cảm ứng làm đồng ống sắt dẹt dòng vòngluyện cảm thép ứng cỡ hàng ngàn ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25 -ỉ-30% công suất hữu ích Ij.ni sốdiếm ampe vòngV lò diên càm ứng lả tần số lò cảng cao ■ Mốt thiết bị Dothức vậytrên cần ta làm mát vòng cảm ứng Từ công thấy: khối lương phối liêu nấu nòi mé thấp Làm mát không khí cho phép ởmật độ dòng điệntỉ2 lệH-thuận 5A/mm Năng 500 lượng biếnđối thành mẻ với Làm bình 000Hz với lòđiện nhỏ, nấu thí nghiệm lOgliệu - lOOg mát bằngampe nước vòng cảm ứng rỗng cho phép dòng điện tới 50 H70A/mnr phương vòng, tức tỉ lệ với cường độ từ trường bình phương điện trở 8000Hz - 4000Hz lò thí nghiệm nấu vài kg riêng -và Nồi tần 2000Hz số lò làm vật lò liệu chịunghiệp lửa nhỏ, mẻ 50 kg - 500kg công nhiệt ~tải H-2 ~ I2 1.2 Tìm hiểu 1000Hz lò mẻ 250kg-2000kg ^^nhiột ~ V7quá trình nấu thép 1.2.1 50Hz Đặc(tần tính sốtảicông nghiệp) với lò nấu lớn công nghiệp Như để tăng lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu tăng cường độ Tải lò nấu Nói thépriêng vé tảilòcó cảmtính ứng cảm kháng.Đầu tiên ta dễ nhận thấy tải phụ thuộc dòng độ điện tầnthức số Nhưng thực tế tăng dòng điện lên nhiệt công * theo Lò cảm ứng Theo ứng dụng chia làm loại là: lò có lõi sắt dây phải rấtRlớn nóng, nóng chảy (dù có nước làm mát) Thường t = R0*(l + a*t); lõi sắt dùng phương pháp tăng tần số, lò cảm ứng gọi lò cao tần - Loại lò có lõi sắt giữa: xuất sức điện động hỗ cảm vào nguyên liệu * Mặt khác tần số ảnh hưởng đến kích thước cục nguyên liệu Năng lượng truyền từ nguồn điện (tần số), qua vòng cảm ứng, biến đổi thành lượng trường điện từ Trong vật gia nhiệt điện dòng xoáy cảm ứng chuyển thành nhiệt Khi truyền sâu8 kim loại, độ lớn E2 =của 4,44.f.W2.(|).10~ (V)bị giảm dần lượng vectơ E, H (hai thành phần trường điện từ) f tần số (Hz), chu kỳ (s) trường điện từ giảm dần (theo độ sâu truyền z) W2 - số vòng cuộn dây thứ cấp ộ - từ thông sinh lõi sắt (Wb) SV: Kim Văn Tư 32 Lớp - TĐH3 - K48 1200 2000 -s- 3000 1000 500 Đô án điện tử công suât 150 Đô sâu thẩm thấu: Để đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật, việc lựa chọn tần số phụ thuộc nhiều vào công suất lò Quan hệ giũă tần số công suất lò thể qua số liệu sau: 5= to-7-Ma : tần số (rad) Tần số (Hz) Công suất lò (kW) hệ số từ thẩm tuyệt đối kim loại Ma = :Mo.M : hệ số từ thẩm tương đối kim loại "7 H/m : hệ số từ thẩm chân không Củ : điên dẫn kim loai ỵ= Hiện — việc lựa chọn tần số dòng điện cung cấp cho lò lõi sắt để luyện Tínhthép toán vàđược thựclựa tế chọn cho thấy z = ô 0,864 phần lượng điện từ có bề mặt kim loại bị tiêu tán để đốt nóng lóp kim loại dày ô, 0.316 phần lượng tiếp tục truyền sâu vào lớp kim loại bên Tần số lớn ỗ nhỏ lượng điện từ tập trung đốt nóng lớp mặt kim loại Do để giảm CHƯƠNG 2.PHƯƠNG ÁNđó THIẾT KẾ lượng điện mát kim loại trình nấu chảy nguyên vật liệu cần thiết phải tính toán cách hợp lý tỉ mỉ kích thước khít chặt với tần số tương ứng Sơ đồ khối cục biếnnguyên tần cấpliệu chovà chất nấu thép Để có hiệu suất nấu chảy kim loại cao, tần số lớn kích thước cục nguyên liệu phải nhỏ, tần số thấp kích thước cục nguyên liệu to Ví du: Kích thước cục nguyên liệu (mm) >20 ’ 10 1000 10000 Nếu số lớn kích thước cục nguyên liệu nhỏ 5mm * Tấn số có quan hệ chặt chẽ với chất cuă vật liệu công suất Trong đó: lò Công thức gần để tính tần số dòng điện là: IX>, : điện áp vào chỉnh lưu udl =KC1*Ư21 *cosa : điện áp chỉnh lưu (điện áp vào lọc) Ưd? = Knl*U22 * cos Ị5\ điện áp vào nghịch lưu (sau lọc) Công thứcáptrên thấylưu khiápcông Ưo : điện bộcho nghịch (điện tải) suất lò lớn, nghĩa bán kính liệu hoặcdung tích lò lớn điện trở liệu nhỏ, tần số Phương trình cân điện áp Ưdl = Ud? dòng điện cung cấpKcó thể lấy thấp C|*U21 *cosa = Knl*U22 *cos (pt Đối với kim crôm hợp kim chúng Với a góc mở chỉnh lưu,loại cpt làsắt, gócniken, tải người ta thường giới hạn 1000 Từ lí luận , tadùng thấy tàn yêusố cầutrong với mạch lưu -T- 3000 Hz Đối với bạc, đồng, đồngnăng đỏ, hợp bạc niken, đồng niken số dùng từ 50cho -ỉMạch chỉnh đồng lưu thanh, có chức cấpkim nguồn cho mạch nghịchtầnlưu dòng chiều 500 mạchHz nghịch lưu, tức giữ cho Id= const SV: Kim Văn Tư 45 Lớp - TĐH3 - K48 t Đô án điện tử công suât Mạch lưu điều công suất trình nấu chảy vật liệu,vì góc tải cpt thay đổi a phải thay đổi cho phù họp 2.1 Phân tích đề xuất phương án Chọn nghịch lưu nguồn dòng cộng hưởng Tạo tần số cao f = - 30 kHz Phụ tải có tính cảm kháng , nên ta mắc song song vào tải tụ , để tạo mạch vòng dao động hình Sin I Ư.Nhờ sử dụng Thyristor thường xung điều khiển xung đơn,van chuyên mạch tự nhiên Từ công thức KC1*Ư21 *cosa = Knl*U22 *cos (pt ,mặt khác , trình nấu thép tải thay đổi , hay cpt biến động Để đảm bảo cho trình • Dạng điện áptavà dòng điện: lưu độc lập nguồn dòng lam việc chế độ lượng tốt, người chọn nghịch cộng hưởng , tức giữ cho cos cpt = const, công suất nguồn qua biến tần max, tổn hao ỉ n°l n°s n°' Dòng hình sin nên giúp giảm kích thước lọc 2.2 Lựa chọn phương án chỉnh lưu Từ yêu cầu ta suy mạch chỉnh lưu phải chỉnh lưu có điều khiển Công suất lò nấu p = 140 kW, nguồn điện sử dụng nguồn điện pha nên dùng chỉnh lưu điều khiển pha (nếu dùng chỉnh lưu điều khiển pha công suất tải lớn làm xấu lưới điện) Ta có phương án: • Chỉnh lưu hình tia pha • Chỉnh lưu cầu pha • Chỉnh lưu hình tia pha Nhưng thấy rằng: • Chính lưu hình tia pha có nhược điểm: chất lượng điện áp thấp, hệ số đập mạch nhỏ công suất tải lớn ảnh hưởng xấu đến hệ số costp lưới điện, làm méo lưới điện buộc phải dùng đến biến áp t lực • Chỉnh lưu hình tia pha chất lượng điện áp tốt việc chế tạo máy biến áp lực pha tốn kém, phức tạp, giá thành cao nên phương án không khả thi Như thiết kế phần lưu cho nguồn lò nấu thép dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển, bao gồm: ị S Chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng S Chính lưu cầu pha điều khiển không đối xứng Sau em xin phân tích cụ thể phương án đến lựa chọn phương án cuối để thiết kế chi tiết 2.2.1 Chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đôi xứng • Sơ đồ nguyên lý: SV: Kim Văn Tư 67 Lớp - TĐH3 - K48 Ư K = Uj 0Tia* c o s a = U7ư2cosa U A= Udom*msa = !’17U2 Đô án điện tử công suât • Phân tích sơ đồ: Sơ đồ cầu pha không đối xứng gồm tiristor diode chia làm nhóm: - Nhóm catot chung : Tl, T3, T5 - Nhóm anod chung : D2, D4, D6 Điện áp pha: ■ u = 4i U2sin0 ■ ub = -ã u2sin(0 - —) ■ uc = 4Ĩ u2sin(0 - —) hợplưu lạihình tacác có:tiadiode Khi làm việc mạchkhiển tự nhiên D4, D6 tiristo ■ Tổng Chính phachuyển không điều gồm D2, có: chuyển mạch chức cácChế thờiđộđiểm cấp xung điều khiển theo góc điều khiển a Khi a60° tải: xuất giai đoạn van thẳng hàng dẫn điện đồng thời T1-D4, T3-D6,T5-D2; dòng điện I d = chảy tải mà không chảy nguồn nên lượng giữ tải không trả nguồn Ta coi sơ đồ lưu cầu pha không đối xứng tương đương mạch chỉnh lưu hình tia: ■ Chỉnh lưu hình tia pha điều khiển gồm TI, T3, T5 có: SV: Kim Văn Tư Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât ud = UK + UA = 1,17U,( + cosa) = 2.34U,-1+ C0S0, = Udmax.ỉ±í2i£ 22 Chế độ hoạt động: chế độ chỉnh lưu với a = -ỉ- 71, Ud = -ỉ- Udmax Chức năng: Ôn định điện áp dòng tải cách thay đổi a • Thông số chọn van: Điện áp ngược lớn đặt lên van: T J = — Tĩ.ă_ • 1Ư w ng max w c/max Dòng trung bình qua van: Iv = Id/3 • Ưu nhược điểm sơ đồ: - Ưu điểm: Mạch điều khiển đơn giản Hệ số cosíp lớn - Nhược điểm: • Không hoàn trả lượng nguồn van thẳng hàng dẫn điện • Chất lượng điện áp thấp, hệ số đập mạch nhỏ (mđm=3) nên yêu cầu cao lọc Làm lệch pha lưới điện thay đổi góc điều khiển 2.2.3 Chỉnh lưu điều khiển pha đôi xứng • Sơ đồ nguyên lý: SV: Kim Văn Tư Lớp - TĐH3 - K48 Thời điểm 0, = n/6 + a 0T =3n/6 + a 0^ = 5n/6 + a 04= 7TC/6 + a 0S = 9n/6 + a 0b= l7ĩ/6 + a Mở Khoá TI T5 T2 T6 Đồ án án điện điện tử tử công công suât suất Đô T3 TI T4 T2 Phân sơáp đồ:và dòng điện • Dạngtích điện T5 T3 Sơ đồ cầu pha đối xứng gồm Tiristor, chia làm nhóm : T6 catot chung: Tl, T3, T4T5 - Nhóm - Nhóm anod chung: T2, T4, T6 Điện áp pha: ■ Ua = V2 Ư2sin0 ■ ub = V2 u2sin(0 - —) ■ uc = 4Ĩ u2sin(0 - —) Hoạt động sơ đồ: Giả thiết T5, T6 cho dòng chảy qua VK= ưc; VA = UB - Khi = — + a cho xung điều khiển mở TI Thyristor mở ưa>0 Su mở TI làm cho T5 bị khoá lại cách tự nhiên U a > Uc Lúc T6 TI cho dòng qua Điện áp r a tải: JJ = JJ = JJ - JJ V - Khi = — + a cho xung điều khiển mở T2 Thyristor mở T6 dẫn dòng, đặt JJ lên catot T2 mà Ub > Uc Sự mở T2 làm cho T6 khóa lại cách tự nhiên Ub > ưc Lúc T2 Tĩ cho dòng qua Điện áp M U< = Ũ.=U.-U' Các xung điều khiển lệch — đuợc đưa đến cực điều khiển thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong nhóm, thyristor mở khoá thyristor trước nó, bảng sau: Điện áp tải Ud = VK - VA khoảng cách thẳng đứng hai đường SV: Kim Văn Tư Lớp - TĐH3 - K48 • 1ơ ng max ^ «max Đô án điện tử công suât ơ, = ^ sme.de = —+a cos ỡf • trung Chế độ qua chứcvan: năng: Dòng bình Iv = Id/3 • ápƯu nhược Điện mạchđiểm tải: sơ đồ: -Chế Ưu độđiểm: hoạt động: S Chất lượng lưu điệnvới ápatốt U lọc đơn giản, tiết kiệm - Chế độ chỉnh = 0nên -ĩ-việc 7t/2,thiết Ud =kế -ỉdmax S Có khả hoàn trả lượng lưới tốt có tính chất cảm - Chế độ nghịch lưu phụ thuộc với a = 7t/2 71, Utải d = -Ưdmax H- kháng Chức năng: Ôn định điện áp dòng tải cách thay đổi a s• Dòng điện Thông sốmáy chọnbiến van:áp đối xứng thay đôỉ góc a Nhược điểm: áp điều ngược lớn phức đặt van:cóỊ J _= - Điện Mạch khiển tạp lên thể khắc phục - Dải điều chỉnh Ưd hẹp Hệ số sử dụng máy biến áp thấp cos(pba = cos a Với máy biến áp, ta có Với máy biến áp điều chỉnh công suất Sị,a = 1,05*Pđmax Với máy biến áp có chức nguồn áp chiều sba =1,05* Pdmax*Vl + tg1atm 2.3 Kết luận Qua việc phân tích hai phương án trên, ta thấy chọn sơ đồ chỉnli lưu cầu pha điều khiển đối xứns phù hợp đáp ứng yêu cầu đặt với ưu điểm bật: - Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt sơ đồ chỉnh lưu - Chất lượng điện áp tốt nên thiết kế lọc đơn giản, tiết kiệm SV: Kim Văn Tư 12 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât - CÓ khả hoàn trả lượng lưới tốt tải có tính chất cảm kháng - Dòng điện thứ cấp máy biến áp đối xứng thay đổi góc a nên không ảnh hưởng xấu tới hộ tiêu thụ điện xung quanh Với thông số Dải điều chỉnh điện áp Ud = 154- 211V Điện áp định mức Ud = 277v Dòng điện Id = P/Ưd = 200000/277= 722A Các thông số ban đầu p, = 200 KW ưra = 500 V u„g =3*380V fra = Ỉ2000 Chọn thời gian phục hồi van nghịch lưu : tr = 20 p s Góc nghịch lưu nhỏ nhất: Pmin = Cù tr = 2n 1000.20.10'6 = 0,1256 rad -► p > 0,1256 rad = 7,2° p gấp 2- 2,5 Pmin Ta chọn p = 20° u ddm 2V 2Ơ raCosỊ3 _ 2j2.500.Cos20 n_n SV: Kim Văn Tư 13 Lớp - TĐH3 - K48 :1 L k ìb~' V _A - ’ =1 °’9- 10~3(//) = l 0,9 (mH) Đô án điện tử công suât 'd = u d 200.10 - 3.1.Tính toán lọc Lọc điện cảm phù hợp với tải công suất lớn công suất lớn điện trở tải Rt nhỏ dễ dàng thực điều kiện lọc tốt Xj» Rt ,2 -Ặmdm‘sa)2+Ỉ (116_ĐTCS) m dm chọn góc đk a =10° kđmv= 0.083 Chọn kđmr= 0,02 _ ^dmv _ 0,083 sb k , 0,02 dmr ’ L= CÚI R Id Thay sô vào ta 6.50.2^- I2 *Chú ý : Bộ lọc làm mát nước 3.2 Tính toán máy biến áp Chọn MBA fa / trụ đấu Y/Y, làm mát không khí tự nhiên s = ks.pd = 1,05.200.103 = 210.103 (VA) = 210 (KVA) Đe đảm bảo đưa đến tải điện áp 423V với dòng điện 472,8A ta cần phải bù sụt áp , điện áp Ưd thực tế cần có : ưd = Udo cos a = uddm+ AUiưới+ AUvan + ZAUR + XAƯy chọn góc a = 10° - góc dẫn dự trữ’ SV: Kim Văn Tư 14 Lớp - TĐH3 - K48 dmv u 2,34 05Ơ / ’ Í/ 6/ B.coslO 2,34^.1,05 Đô án điện tử công suât * VMm= 422 V * AUiuới: Sụt áp nguồn xoay chiều trị số định mức AUiưới =( 10% H- 20%) Uf lưới - 10% 220=22 (V) * AUvan • Sụt áp van dẫn (lấy tương đối = 1.75) AUvan= 2.1,75 = 3,5 (V) * ( sơ đồ cầu ) XAƯr: Sụt áp thành phần chiều dòng tải gây bao gồm : + Sụt áp điện trở dây quấn MBA sơ đồ cầu AUrba= 2.[,j.Rba với Rba=er.mU22/Sba Chọn er = 2% : íl 3ơ ATT Aưrba=/ , -2-2 er - W / d 2,34 —^ = —-— 3-°f2 JU, = 0,01ơ , 1,05ƠJ/J coslO 2,34^.1,05 do + Sụt áp dây dẫn ( bỏ qua ) + Sụt áp lọc AU,oc=5M0% Uddm=5%.423=21,15 (V) * XAUy : Sụt áp tượng trùng dẫn Chỉ xét điện cảm MBA ( bỏ qua điện cảm lưới điện ) ta có IAUy = Ky.Xba.Id % : XAUy 77 =K V Ỉ -d-íe x =K v ỉ ỵ d s, x Ỵd Vy 3.gx _ 3.0,08 ba = 0.04Udo Vậy : ƯdoCoslO = 423 + 22 + 3,5 + 0,01ưdo + 21,1 + 0,04ư( SV: Kim Văn Tư 15 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât 4.3.2 Hoạt động sơ đồ *Tìn hiệu xuay chiều sau chỉnh lưu Di, D2 đựơc so sánh với điện áp Ưk để tạo tín hiệu đồng trùng với thời điểm điện áp lưới qua điểm Tín hiệu đồng mở khoá điện tử MosFet Qi để giảm điện áp tụ Ci Khi hoá Qi hở mạch , tụ Ci nạp điện theo công thức Uc=E.t/R8 đầu KĐTT OA4 có tín hiệu cưa Sau tín hiệu cưa đựoc so sánh với tín hiệu điều khiển nhờ so sánh KĐTT OA5 *Bộ KĐTT OA6 đa hài dao động tạo xung chùm có tần số cao 10Khz với mục đích giảm kích thước máy biến áp xung *2 KĐTT OA2 , OA3 làm nhiệm vụ phân phối xung cho Tiristor pha *Tín hiệu cao tần trộn với tín hiệu điều khiển sau khâu so sánh với tín hiệu phân phối để tạo tín hiệu cho Tiristor riêng biệt Những tín hiệu khuyếch đại thông qua biến áp xung đưa trực tiếp lên cực điều khiển Tiristor *Trên nguyên lý kênh điều khiển.Ta cần thiết kế kênh A,B,C tương tự * Các thông số cần đạt mạch điều khiển là: + Điện áp điều khiển tyristor :Udk =4 V + Dòng điện điều khiển Idk =300 mA + Tần số xung chùm fZ = 10kHz + Độ rộng xung > 3,5 ms + Độ sụt áp đỉnh xung AUX = 0,1V + Điện áp nguồn nuôi MĐK : Vcc = 12V 4.4.1 Khâu khuvếch đai tao xung SV: Kim Văn Tư 26 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât E ĐỒ thị mô phỏng: a Tính toán máy biến áp xung : Chọn biến áp xung có Kba = -> Ư1 =2.Ư2 = 2.Udk = 2.4 = 8V Ii=Idk/2 = 0,3/2=0,15A Chọn vật liệu làm lõi sắt ferit HM Do chế độ làm việc BAX từ hoá phần nên ta chọn AB = 0,25T AH = 30A/m Do khâu tạo xung chùm xung đối xứng có tn = tx =ZkL = 100^°~6 = 50.10~ỏs Nên ta coi trị số dòng hiệu dụng cuộn thứ cấp nửa dòng điều khiển Ỉ2 —0,5Idk=0,15 A Vậy thể tích lõi biến áp : SV: Kim Văn Tư 27 Lớp - TĐH3 - K48 ABS 0,25.0,443.10-4 Đô án điện tử công suât y-KbaU2-V*-AƠ* _ 2.4.0,15.50.1Q-6.0,1 _P 13 AB.AH 0,25.30 Chọn V = 1,12 cm Tra tài liệu ( ĩ) cho trường hợp từ hoá phần chọn lõi hình trụ ký hiệu 1811 (tức đường kính 18mm , đường kính lmm ) có tiết diện 0,443cm2 Vậy số vòng dây cuộn sơ cấp : w,_ U\JX _ 8.50.10"6 —“ -lã 30 vònể Lấy W|=40 vòng -> = 40/2 = 20 vòng b Tính toán khâu khuếch đại; Chọn E = 12V -> Từ ta chọn bóng TI loại TTPP31 có tham số UCE=40V ?Icmax 2Á , [3min 20 Ta có : Ri7>-/-=¥=6n ‘c\ = 10Q (loại điện trở có công suất 2,5W ) Kiểm tra độ sụt áp điện trở bóng dẫn AỦR1’ =I,.Ri7 =0,15.10 =1,5 V ^điện áp BAX : Uị =E - AURI7 =12-1,5 =10,5V (đạt yêu cầu ) nhằm tăng cường điện áp chọn sau : c< =50;1,0/6 =1,67.10~6F = 1.67HF ó A Ị y J, u pF Bóng T2 chọn loại 2N3904 có tham số UCE=40V , Icmax=0,2A , Pmin =100 Ta có : Ri6Txc= —r = 0,1.1 o- ^ Ắ' = T =2,2 R„ c2 =>R,1.C2=45,4510‘6 = 47nf => Ru = 0,967 kQ Chọn Ru biến trở kD = 15 kn SV: Kim Văn Tư 29 Lớp - TĐH3 - K48 i3 R Đô án điện tử công suât 4.4.3 Khâu đồng pha E 12V ĐỒ thị mô *Chọn sơ đồ hai nhịp để tạo điện áp đồng bộ.Tức pha tạo tín hiệu điều khiển cho Tiristor Sơ đồ sử dụng chỉnh lưu pha nửa chu kỳ có điểm trung tính để tạo điện áp chỉnh lưu Ưb * Điện áp so sánh với điện áp Ưa để tạo tín hiệu tương ứng với thời điểm mà điện áp nguồn qua điểm không * ua nhỏ xung Ưdb hẹp phạm vi điều chỉnh lớn Tính toán: • Chọn MBA điện áp sơ cấp 380V xoay chiều , điện áp thứ cấp ưd = 10V ưb=0,9 ưd = 9V (chỉnh lưu không điều khiển nửa chu kỳ) • Chọn omin =175 ° ta có Ưa = 9sin5° = 0,78 V ^=>—^— = •^ = 0,065 R, E R^+RA 12 b Chọn R3=15kí2 1*4=1,04 kũ Ta chọn R4 biến trở 2k • chọnR0 = 15kn SV: Kim Văn Tư 30 Lớp - TĐH3 - K48 + R Đô án điện tử công suât • Khuyết đại thuật toán OAI chọn IC LM318 ,với thông số sau: Absolute Maximum Ratings lf Military/Aerospace specitied devices are required, please contact the National Semiconductor Sales Ottice/Distributors for availability and specitications (Note 6) Supply Voltage ±20V Power Dissipation (Note 1) 500 mW Ditterential Input Current (Note 2) ±10 mA Input Voltage (Note 3) ± 15V Output Short-Circuit Duration Continuous a Khâu tạo điện áp tựa Răng cưa *Ta sử dụng mạch tạo điện áp tựa dạng cưa dùng Khuyếch đại thuật toán kết hợp với MosFet + Nguyên lý dùng mạch tích phân khoá k (MosFet) Khoá diều khiển tín hiệu đồng (tần số fdb=50Hz) + Chọn khoá Q1 MosFet 2N7000 có thông số : SV: Kim Văn Tư 31 Lớp - TĐH3 - K48 Cnv 1U U Đô án điện tử công suât + Khi khoá mở tu đươckQ nap theo CT : uc= —— t Lấy C|=0,33pF ^RC| 8=34,2 Chọn R8 gồm điện trở 30 kQ biến trở 10 kQ =>Ur, H-C\ =—±—r Cmax /?gCj với T = 10 - -^-=9,4ms 180 Chọn UCmax=10V -*R8.C, =^=12-9^10~3 =11,28.10~3 b Khâu so sánh * Có chức so sánh điện áp điều khiển với điện áp cua tạo tín hiệu phù hợp điều khiển Tiristor Đây khâu xác định góc điều khiển a 12V SV: Kim Văn Tư 32 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât —> Chon Rọ — Rio — Ri5 -15 k£2 _ 10 —ơ J1 T Ti *Ta có:—^-ẩL = ^ - = > U n = 10-ẬỊlO = 6,4V 10 T dk 9,4 Từ ta thây Udk >6,4V Từ ta thấy góc amax=175 - ^.180=113,8° 4.4.5 Khâu tạo điện áp điều khiển Mục đích điện áp điều khiển tạo khâu điều khiển, với đầu vào Uph Ud Khâu phản hồi Khâu phản hồi có nhiệm vụ biến đổi đại lượng nhiệt độ thành đại lượng điện áp , điện áp khuyếc đại sau đem so sánh với điện áp đặt tạo tín hiệu điều khiển , tín hiệu điều chỉnh góc mở van a Ta phải giải hai việc : Chuyển đổi nhiệt độ thành điện áp Khuếch đại điện áp tạo tín hiệu điều khiển a Chuyển đổi nhiệt độ thành điện áp Dùng cặp nhiệt, cặp nhiệt hoạt động theo nguyên tắc : Khi dây dẫn M N hàn với hai mối hàn có nhiệt độ Tl, T2 M có mật độ điện tích lớn, N có mật độ điện tích nhỏ Khi TI = T2 , e = Khi TI > T2 mạch có e = el- e2 = k( T1-T2) SV: Kim Văn Tư 33 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât Mạch cầu R1,R2,R3,R4, dùng để bù sai số nhiệt độ môi trường R2,R3,R4 điện trở không đổi theo nhiệt độ , riêng RI Mạch cầu cân 0°c ứng với R1/R3 = R2/R4 Khi nhiệt độ môi trường T chênh lệch điện áp A B ÀƯ = ưcc* a*T/4 , a hệ số nhiệt điện trở u„ = e +AU = k*Tđo- k*Tmt + ucc* a* Tmt/4 Hiệu chỉnh cho k = ưcc* a/4 Dùng cặp nhiệt Ni-Pt có thông số : Giải nhiệt 0-1700°C ura 0-12,426 mV độ xác khoảng 800-1700°C 0,5% b Khuếch đại tín hiệu điều khiển Do tín hiệu sau cặp nhiệt nhỏ , ta phải khuếch đại lên từ cỡ mV thành cỡ V ta chọn OPAMP loại OP07 , thông số : Nguồn nuôi ± 3V - ± 18V Offset lOpV Tổng trở vào 3MH Hệ số khuếch đại K = 200000 SV: Kim Văn Tư 34 Lớp - TĐH3 - K48 O.OOOms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms 50.00ms 60.00ms 70.00ms 80.00ms 90.00ms lOO.Oms Đô Đô Đô Đô ánán án án điện điện điện điện tửtử tử công tửcông công công suât suât suât suât O.OOOms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms 50.00ms 60.00ms 70.00ms 80.00ms 90.00ms lOO.Oms 4.4.5 Khâu tao tao điên áp phân vhôi tín hiêu điều Mạch khuếch đại UraABSOLUTE MAXIMUM RATINGSUpp khiển • 4073 R1 R2 12V Uss- ns 15.00ms10.00r 20.00ms 25.00ms 30.00ms 35.00 O.OOOms õ.OOOms I I I I -II I I -rrrrrrm -1 I I I 1 ' 11 11.00 V Uxc Đồ thị mô : inn lillllll iimmniiui llíl|lllllllllỉl'll -1.000 V 5.5 00 V n -1.000 V Chọn R3 = RI // R2 nhằm triệt tiêu ảnh hưởng đồng pha Parameter VDD* Value Khâu tạo điện áp điều khiển Supply Voltage :HCC Types HCF Types Vi Input Current l| (any one input) Total Power Dissipation (per package) Ptot sipation per Output Transistor = Full Package-temperature Range T0p > thông số sau 4073 : Unit - 0.5 to + 20 - 0.5 to + 18 V V — 0.5 to VQQ + 0.5 V ± 10 mA 200 mW 100 mW Operating Temperature : HCC Types - 55 to + 125 HCF Types - 40 to + 85 - 65 to + 150 rage Temperature Tstg 4.5 °c4073B °c °c • Tín hiệu điện áp từ MBA đồng pha so sánh qua KĐTT đưa xung vuông có tần số 50HZ tần số nguồn • Chọn OpAm IC LM318 có thông số D Mạch hồi tiếp âm có tụ• c đểChọn lọc, URđạtỊ mang =R2 giá trị âm , Uph lấy từ cặp nhiệt qua =15 đại soMEDIUM khuếch sánh với Ukn cho I Uđặt I > Upha để có Ư- dk> ỈPLH đặt SPEED OPERATION = 85ns Chon Rs =R6tpHL =15kQ (typ-); = 65ns (typ.) AT I0V E Thật ưdk =Khâu -k*u.trôn xung : 4.4.6 ÒỦIÉSCENT CURRẺNT SPECIFIED TO 20V DEVICE *Ta dùng FOR cổngHCC AND làm trộn = -k( Uph3-I đầu uđặl Ivào ) > 04073 nên uđể < I U , I ph đặ F xung 5V, 10V, AND 15V PARAMETRIC RATINGS Khi tăng nhiệt độ Uph tăng suy (Uph + ưd) giảm nên uc giảm , ưdk giảm suy giảm nhiệt độ cung cấp cho lò Khi nhiệt độ giảm tương tự Ưdk tăng , tăng nhiệt độ cung cấp cho lò SV: SV: SV: Kim Kim Kim Văn Văn Văn TưTư Tư 3635 37 Lớp Lớp Lớp - TĐH3 TĐH3 TĐH3 - K48 K48 K48 Đô án điện tử công suât ưd = 0,9 Ư2 =19,8 V, phù hợp đầu vào 7812 Tụ C1,C3 tụ phân cực dùng để san phẳng điện áp nên chọn: C1= 1000nFloại35V C3 =10 nF loại 50V Tụ C2 C4: tụ lọc dùng để lọc xung cao tần Chọn C2 =C4 = 100nFÌoại 104 Chọn mạch lưu cầu diode tích hơp sẵn loại 2KBB10 : 200V,2A • Tương tự chọn cho mạch tạo nguồn -12V 4.4.7 Khôi nguồn nuôi mach điều khiển Điện áp nguồn nuôi mach điều khiển :+12V -12V Mạch ổn áp sử dụng IC ổn áp 7812 7912 có chất lượng điện áp tốt,rất CHƯƠNG thông dụng : MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIÉN Sơ đồ mạch ổn áp sau: DI 12V -12V ĐỒ thị mô : • Chọn loại MBA có Kba = 0,1 => Ư2 = 22V SV: Kim Văn Tư 38 39 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât ỷí SV: Kim Vi Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât ĐỒ thị mô nhận Vậy: kết mô hoàn toàn với yêu cầu thực tế Việc mô xác chứng minh công việc thiết kế phù họp với yêu cầu giao SV: Kim Văn Tư 41 Lớp - TĐH3 - K48 Lba = T^=7T = —— Đô án điện tử công suât Rba= 2%3’Ơ2 =2%-3-417;752 = 0,07H ba J 147.10- 2ĨT.)u ỉ2rt.fS 2ff.50.147.10 X , 8%.3 8%.3.ba 417 ,75? Lioc=10,9 mH Rd=5,ia Từ ta mô mạch lực sơ đồ SIMƯLINK sau : SV: Kim Văn Tư 42 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât ĐỒ thị mô ta nhận : •) Scope SV: Kim Văn Tư rrifnirx 43 Lớp - TĐH3 K48 [...]... cũng có 2 loại hệ điều khiển: +Hệ điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc (chỉnh lưu,bộ BĐXA xuay chiều) +Hệ điều khiển bộ biến đổi độc lập (nghịch lưu đôc lập và BBĐXA 1 chiều) cũng có thể chia hệ ĐK thành hệ điểu khiển tương tự và hệ điều khiển số 2 Yêu cầu mạch điều khiển chỉnh lưu : Mạch điều khiển cho bộ nguồn lò nấu thép thuộc hệ điếu khiển bộ biến đổi phụ thuộc.ở đây ta sử dụng mạch điểu khiển tương tự... hợp để điêù khiển van cũng như giảm kích thước máy biến áp xung 4.2 Cấu trúc mạch điều khiển *CÓ hai nguyên lý điều khiển cơ bản: • Nguyên lý điều khiển dịch pha • Nguyên lý điều khiển dọc( điều khiển thẳng đứng) * Trong 2 nguyên lý kể trên thì nguyên lý điều khiển dọc (thẳng đứng) đảm bảo độ tác động nhanh cao nhất ,nên ta lựa chọn nguyên lý điều khiển dọc này Ta có sơ đồ khối mạch điều khiển chỉnh... Những yêu cầu cần thực hiện đối với mạch là: • Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha va với góc điều khiển a cần thiết • Đảm bảo phạm vi góc điều khiển amin + amax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tải của mạch lực • Có độ đối xứng xung điều khiển tốt.không vượt quá 1°-K3° độ điện • Đảm bảo cách ly tốt giữa mạch lực và mạch điều khiển • Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi... mắc mạch RC như sau: Rlp Clp Rlp Clp Rlp Clp SV: Kim Văn Tư 20 19 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât CHƯƠNG 4.THIẾT KẾ MẠCH ĐlỀư KHIÊN 4.1 Yêu cầu của mach điểu khiển 1 Giới thiệu chung : - Chức năng của hệ thống điểu khiển bộ biến đổi là biến đổi tín hiệu điều khiển thành xung điều khiển tương ứng với góc mở của Tiristor (a) - Bộ biến đổi gồm 2 phần: mạch động lực (ta đã xét ở trên) và mạch điều. .. trộn với tín hiệu điều khiển sau khâu so sánh và với các tín hiệu phân phối để tạo ra tín hiệu cho từng Tiristor riêng biệt Những tín hiệu này được khuyếch đại và thông qua biến áp xung đưa trực tiếp lên cực điều khiển của Tiristor *Trên đây là nguyên lý của một kênh điều khiển. Ta cần thiết kế 3 kênh A,B,C tương tự nhau * Các thông số cần đạt được của mạch điều khiển là: + Điện áp điều khiển tyristor... và khuyếch đại xung : mạch tạo xung có nhiệm vụ tạo ra các xung có độ rộng nhất định và phân phối xung đến đúng các van Mạch khuyếch đại xung có nhiệm vụ khuyếch đại để đảm bảo về biên độ, công suất xung điều khiển đồng thời cách ly mạch lực và mạch điều khiển SV: Kim Văn Tư 23 Lớp - TĐH3 - K48 Đô án điện tử công suât Sơ đồ điều khiển các thvristor 4.3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điêu khiển SV: Kim Văn Tư... tựa để so sánh với điện áp điều khiển tạo ra tín hiệu điều khiển phù hợp • Khâu so sánh : So sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để xác định góc điều khiển a Tại thời điểm u =Ư thì phát xung điều khiển để mở các van tương ứng • Khâu phản hồi : Đo dòng điện ra trên tải và chuyền thành tín hiệu áp qua về kết hợp với Ucông nghệ để tạo nên điện áp Ưđk Nhờ có khâu phản hồi mà mạch làm việc chính xác hơn,... lực (ta đã xét ở trên) và mạch điều khiển. Các van của mạch động lực chí có thể hoạt động được nếu hệ điều khiển tạo ra những xung điều khiển tương ứng với những thời điểm thích hợp - Về cơ bản hệ điều khiển gồm 2 phần chính: + Phần chứa thông tin về quy luật điều khiển. phần này thực hiện các chức năng khác nhau tuỳ thuộc vào cấu trúc bộ biến đổi cũng như lĩnh vưc đièu khiển +Phần năng lượng tạo ra tín... tần Chọn C2 =C4 = 100nFÌoại 104 Chọn mạch chính lưu là cầu diode tích hơp sẵn loại 2KBB10 : 200V,2A • Tương tự chọn cho mạch tạo nguồn -12V 4.4.7 Khôi nguồn nuôi mach điều khiển Điện áp nguồn nuôi mach điều khiển là :+12V và -12V Mạch ổn áp sử dụng IC ổn áp 7812 và 7912 có chất lượng điện áp tốt,rất CHƯƠNG thông dụng hiện nay 5 : MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIÉN Sơ đồ mạch ổn áp như sau: DI 12V -12V ĐỒ thị... điện áp điều khiển được tạo bởi khâu điều khiển, với đầu vào là Uph và Ud Khâu phản hồi Khâu phản hồi có nhiệm vụ biến đổi đại lượng nhiệt độ thành đại lượng điện áp , điện áp này được khuyếc đại sau đó đem so sánh với điện áp đặt tạo tín hiệu điều khiển , tín hiệu này điều chỉnh góc mở van a Ta phải giải quyết hai việc : Chuyển đổi nhiệt độ thành điện áp Khuếch đại điện áp tạo tín hiệu điều khiển a ... cầu mạch điều khiển chỉnh lưu : Mạch điều khiển cho nguồn lò nấu thép thuộc hệ điếu khiển biến đổi phụ thuộc.ở ta sử dụng mạch điểu khiển tương tự Những yêu cầu cần thực mạch là: • Phát xung điều. .. không khả thi Như thiết kế phần lưu cho nguồn lò nấu thép dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển, bao gồm: ị S Chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng S Chính lưu cầu pha điều khiển không đối... Tiristor *Trên nguyên lý kênh điều khiển. Ta cần thiết kế kênh A,B,C tương tự * Các thông số cần đạt mạch điều khiển là: + Điện áp điều khiển tyristor :Udk =4 V + Dòng điện điều khiển Idk =300 mA + Tần