Thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện mạch đảm bảo giữ ổn định điện áp làm việc và tự động khôi phục điện áp làm việc sau khi kết thúc ngắn mạch với thời gian hồi phục điều chỉnh được

1.Công nghệ lọc bụi tĩnh điện : 1.1.1.Giới thiệu chung: Vấn đề khí thải công nghiệp ngày nay đang đợc cả thế giới hết sức quan tâm .Sự phát triển mạnh mẽcủa khoa học kỹ thuật đã thúc đẩ

đồ án môn học :điện tử công suất

Đề tài : Thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện Mạch đảm bảo giữ ổn định điện áp làm việc

và tự động khôi phục điện áp làm việc sau khi kết thúc ngắn mạch với thời gian hồi phục

điều chỉnh đợc

Phơng án Điện áp lới (V_AC) Cao áp lọc(kV_DC) Dòng (A_DC)

Nội dung sẽ trình bày trong phạm vi đồ án :

1.Tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của phơng pháp lọc bụi tĩnh điện trong côngnghiệp

2.Đề suất các phơng án mạch lực có thể áp dụng và lựa chọn phơng án mạch lực tối u sẽ

động con ngời ra khỏi những lao động cực khổ và nguy hiểm Chính vì thế

nó đã và đang đợc áp dụng nhiều vào trong công nghiệp và mọi mặt của đời sống, len lỏi vào trong trong gia đình Sự phát triển rất nhanh chóng của máy

tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển

tự động làm cơ sở cho sự phát triển và hỗ trợ tơng xứng của lĩnh vực tự động hoá.

ở nớc ta dù là một nớc chậm phát triển do quá trình hội nhập kinh tế nên đã đợc áp dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật tiên tiến của các nớc phát triển mà đặc biệt trong đó là quá trình tự động hoá Để phát triển đất

n-ớc theo kịp thời đại thì chúng ta cần đẩy mạnh các qúa trình công nghiệp hoá

và hiện đại hoá đất nớc áp dụng các quá trình tự động hoá vào trong công nghiệp

Một trong những áp dụng của quá trình tự động hoá vào công nghiệp

đó là trong vấn đề hút bụi khí thải ở các xí nghiệp công nghiệp Đó là thiết bị thu bụi tĩnh điện Đồ án này với yêu cầu là thiết kế mạch điều khiển cho thiết

bị để nó hoạt động một cách tự động

Trong quá trình thực hiện đồ án này em đã nhận đợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn để có thể hoàn thiện đợc đồ án này Em xin chân thành cảm ơn các thầy, đặc biệt thầy trần trọng minh đã giúp đỡ

em rất nhiều trong thời gian qua Nhng do đây là vấn đề còn rất mới và khó

đối với em nên chăc chắn đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót em rất mong các thầy thông cảm và giúp em hoàn thiện đồ án này

Mục lục yêu cầu đồ án 1

lời mở đầu 2

mục lục 3

chơng 1 : giới thiệu về công nghệ lọc bụi tĩnh điện 1.1 _Công nghệ lọc bụi tĩnh điện

1.1.1_Giới thiệu chung 5

1.1.2_Ưu nhợc điểm của phơng pháp 5 1.1.3_Cấu trúc chung của thiết bịlọc tĩnh điện 5

1.1.4_Nguyên lý làm việc 9

1.1.5_Những quá trình chính khi lọc bụi 10

1.1.6_Mức độ thu bụi theo lý thuyết 11

1.2.Yêu cầu công nghệ lọc bụi tĩnh điện 12

chơng2:lựa chọn phơng án mạch lực 2.1_Phân tích tổng thể 13

2.2_Các phơng án đa ra

2.2.1_Phơng án 1 13

2.2.2_Phơng án 2 16

2.3_Kết luận đa ra phơng án tối u 17

chơng 3 : thuyết minh sự hoạt động của mạch lực và mạch điều khiển

3.1.Nguyên lý hoạt động của mạch lực 19

3.2Nguyên lý điêù khiển 23

3.2.1.Tổng quan về các nguyên lý điều khiển 23

3.2.2Sơ đồ khối của mạch điều khiển 24

3.3.Thiết kế sơ đồ nguyên lý 24

3.3.1.Sơ đồ khâu đồng pha và tạo điện áp răng ca 24

3.3.2.Khâu so sánh 27

3.3.3.Khâu khuyếch đại xung điều khiển 27

3.3.4.Phát xung điều khiển cho các cặp thyristor 28

3.3.5.Tạo xung chùm 29

3.3.6.Khâu tạo điện áp điều khiển và chống ngắn mạch 29

chơng 4: tính toán mạch lực 4.1.Tính chọn diode 33

4.2.Tính chọn thyristor 33

4.3.Bảo vệ cho các van 34

4.3.1.Mắc nối tiếp các diode và phân áp bằng điện trở 34

4.3.2.Bảo vệ quá nhiệt cho thyristor 35

4.3.3.Bảo vệ quá điện áp cho thyristor 35

4.3.4.Bảo vệ xung điện áp từ lới điện 35

4.3.5.Bảo vệ quá dòng cho thyristor 37

4.4.Tính toán máy biến áp

4.4.1.Tính toán các thông số cơ bản 37

4.4.2.Tính sơ bộ mạch từ 37

4.4.3.Tính toán dây quấn 38

4.4.4.Tính kết cấu dây quấn 39

4.4.5.Tính kích thớc mạch từ 40

4.4.6.Tính khối lợng sắt và đồng 41

4.4.7.Tính các thông số máy biến áp 42

chơng 5 : tính toán mạch điều khiển Các thông số cơ bản của mạch điều khiển 44

5.1.Tính máy biến áp xung 44

5.2.Tính tầng khuyếch đại cuối cùng 45

5.3.Chọn cồng and dùng trong mạch điều khiển 45

5.4.Tính toán bộ tạo xung chùm 46

5.5.Tính chọn tầng so sánh 47

5.6.Tính toán khâu đồng pha và tạo áp răng ca 48

5.7.Tính toán khâu tạo điện áp điều khiển và chống ngắn mạch 48

5.8.Tính chọn khâu tạo nguồn nuôi cho mạch điều khiển 49

5.9.Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 50

chơng 1: tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật

của phơng pháp lọc bụi tĩnh điện

1 1.Công nghệ lọc bụi tĩnh điện :

1.1.1.Giới thiệu chung:

Vấn đề khí thải công nghiệp ngày nay đang đợc cả thế giới hết sức quan tâm Sự phát triển mạnh mẽcủa khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy sản xuất phát triển , mang lại cuộc sống tốt đẹp cho con ngời ,nhng mặt trái của nó là vấn đề ônhiễm môi trờng sống ở nớc ta cũng nh trên toàn thế giới vấn để làm sạch khí thải công nghiệp cũng đang dần đợc sự quan tâm xứng đáng hơn.Các phơng pháp lọc bụi chủ yếu trong công nghiệp thờng gặp

1.1.2.Ưu nhợc điểm của phơng pháp :

*Ưu điểm :

Hiệu suất thu bụi cao (cỡ 99%)

Chi phí năng lợng thấp , theo tính toán chỉ cần 0.31.8 MJ / 1000 m3 khí

Có thể thu đợc các hạt bụi có kích thớc nhỏ tới 0.1 um và nồng độ bụi từ vài Gam đến 50Gam/1m3khí ,nhiệt độ khí lên đén 500oC

Làm việc đợc với cả áp sứât chân không và áp suất cao

Đặc biệt là có thể điều khiển và tự động hoá hoàn toàn bằng áp dụng công nghệ trong lĩnh vực điện tử công suất

bị và khẳ năng kinh tế ta sẽ chọn vật liệu phù hợp Bên trong vỏ là khung thiết bị ,bên dới

vỏ là bunke chứa bụi Vỏ phải thiết kế sao cho thuận lợi cho việc sửa chữa và lắp đặt Phía ngoài vỏ thờng đợc bọc cách nhiệt

1.1.3.2.Cơ cấu phân phối đều khí vào thiết bị : Để thiết bị làm việc hiệu quả nhất thì

dòng khí cần phải đợc phân phối đều khí trong toàn bộ thể tích làm việc Trên thực tế cơ cấu phân đều khí có cấu tạo là mồt hệ thống lới hoặc tấm có đục lỗ ,lỗ phải đợc phân bố

đều theo tiết diện và códiện tích vào khoảng 30%-40% toàn tiết diện tấm Phía trớc lới là các tấm chỉnh hớng dòng khí vào thiết bị.

và sửa chửa , bảo dỡng

Điện cực quầng sáng có 2 loại chính :

Loại 1:điện cực quầng sáng không có điểm định vị phóng điện, sự phóng điện xảy ra

trên toàn bộ bềmặt của cực

Loại 2: điện cực quầng sáng có các điểm phóng điện cố định phân bố dọc theo chiều

dài điện cực Các điểm phóng điện thờng là các mũi nhọn phân bộ trên bề mặt điện cực Việc thay đổi quầng sáng trong loại 1 chỉ có thể bằng thay đổi kích thớc điện cực ,nhng với loại 2 việc thay đổi đó thực hiện dễ dàng bằng cách thay đổi việc bố trí các mũi nhọn

1.1.3.5.Bunke chứa bụi :

Để thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa , mỗi cặp điện cực sẽ có 1 bunke thu bụi riêng biệt , Cấu trúc của bunke đợc chọn theo tính bám dính của bụi Sau 1 thời gian phải

định kì rửa bụi ở bunke

1.1.3.6.Thiết bị tạo điện áp cao :

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

và điện cực lắng Tuy nhiên khi điện áp caom quá sẽ xảy ra ngắn mạch , khi đó dòng tăngvọt nhng hiệu suất thu bụi lại giảm do có sự tái hợp của các ion trái dấu trong vúng khônggian giữa 2 bản cực Vì vậy khi làm việc phải giữ cho điện áp ở ngay dới giới hạn phóng

điện Việc phát hiện ra sự phóng điện sẽ phụ thuộc chủ yếu vào giá trị dòng tải lọc

Id.Điện áp sẽ dợc tăng dần ,khi dó dòng Id cũng tăng lên tơng ứng cho tới 1 giá trị giới hạn nào đó mà bắt đầu có sự phóng điện giữa 2 bản cực, khi đó cơ cấu chống ngắn mạch

sẽ tác động làm giảm Ud và Idxuống ,tránh sự phóng điện không thể kiểm soát Sau đó quá trình lại đợc tiếp tục

1.1.3.7Phân bố điện áp cao:

Sử dụng các khoá thao tác từ bên ngoài dùng để nối thiết bị điện áp cao và các thiết bị lọc ,

hoặc để nối đất thiết bị

1.1.3.8.Thiết bị nối đất :

Bao gồm cáp nối đất , các chốt đấu dất , gậy nối đất Thiết bị cao áp cần phải đợc nối đất bằng tay trớc khi đi vào trong sửa chữa

1.1.3.9.Hệ thống cài đặt cơ khí :

Các cửa kiểm tra của thiết bị lọc bụi tĩnh điện đợc khoá bởi 1 hệ thống cài đặt cơ khí để chống sự mở không đợc phép Chúng chỉ có thể mở khi cắt điện cao áp và các thiết bị dợcnối đất Ngợc lại ,điện cao áp không thể mở lại dợc chừng nào cửa kiểm tra con mở và

điện áp cao còn đợc nối đất

Thiết bị nối đất và hệ thống cài đặt cơ khí nêu trên là nhằm bảo đảm an toàn cho ngời vận hành và bảo dỡng thiết bị.Chúng đóng vai trò rất quan trọng

Để có thể hiểu rõ hơn về cấu tạo thực tế của thiết bị , ta có thể tham khảo một số hình ảnh

về thiết bị lọc bụi tĩnh điện công nghiệp trong thực tế ;

h×nh1:hÖ thèng ®iÖn cùc l¾ng vµ ®iÖn cùc phãng

h×nh 2:hÖ thèng ®iÖn cùc phãng trªn thùc tÕ

h×nh 3:C¬ cÊu rung ®iÖn cùc l¾ng

1.1.4.Nguyên lý làm việc của lọc bụi tĩnh điện :

Điện cực quấng sáng đợc cung cấp dòng 1 chiều có điện thế cao , do đó cờng độ điện ờng xung quanh có giá trị lớn và xảy ra sự ion hoá mãnh liệt chất khí , tạo ra 1 quầng sángxung quanh điện cực Sự phóng điện quầng sáng không lan rộng ravì nếu đi theo chiều thuận từ điện cực quầng sáng đến điện cực lắng thì cờng độ điệm trờng giảm dần

tr-Các ion khí đợc tạo thành chủ yếu trong quầng sáng.Dới tác dụng của địên trờng các ion

sẽ chuyển động về phía các điên cực trái dấu Do quầng sáng điện cực âm bền vững hơn

và cácion âm linh động hơn nên điện cực phóng thờng là điện cực âm

Sự chuyển dịch có hớng của các ion tạo ra dòng điện giữa 2 bản cực.Khi thổi khối khí có chớa bụi qua vùng không gian giữa 2 bản cực, các ion sẽ bám dính lên bề mặt các hạt bụi ,làm cho chúng có điện tích và chuyển động về phía các bản cực.Do các ion âm linh

động hơn nên bụi chủ yếu đợc tích điện âm.Vì vậy lợng bụi chủ yếu bị hút về bản cực lắng, trên cực phóng cũng có điện nhng chỉ là 1 lợng nhỏ

Ngời ta sẽ tiến hành rung lắc điên cực để thu bụi

1.1.5.những quá trình chính khi làm sạch khí bằng điện:

a.Sự tích điện cho các hạt bụi:

Trong quá trình chuyển động qua 2 bản cực , ban đầu hạt bụi không tích điện,nghĩa là ờng độ điện trờng do hạt bụi gây ra bằng 0.Do đó các ion sẽ dễ dàng bám dính lên các hạtbụi,chủ yếu là các electron.Khi số lợng ion bụi bám dính càng nhiều thì điện tích của hạt bụi càng tăng lên ,nghĩa là điện trờng do hạt bụi gây ra càng tăng lên Mặt khác điện trờngcủa hạt bụi gây ra lại ngợc chiều với điện trờng ngoài nen chùng có tác dụng triệt tiêu lẫn nhau.Do vậy , tốc độ bám dính của ion sẽ tỷ lệ nghịch với diện tích của hạt bụi Đến 1 giới hạn nào đó , khi điện trờng tổng cộng bằng 0 thì hạt bụi không thể nhận thêm điện tích nữa,ta nói nó đã tích đến điện tích giới hạn(Qth)

c-Với hạt bụi lớn:Qth=n.e=0,19.10-5.r2.E

Thực tế sự tích điện cho hạt bụi xảy ra rất nhanh :sau 1 giây thì hạt bụi đã đợc tích đến 90% điện tích tới hạn

b.Sự chuyển động của các hạt bụi trong điện tr ờng :

Trong quá trình đi qua thiết bị lọc, hạt bụi chịu tác dụng của rất nhiều lực,bao gồm:

+Lực trọng trờng

+Lực quấn theo dòng khí

+Lực điện trờng

+Lực cản của môi chất

Trong đó lực điện trờng đóng vai trò quyết định đến hiệu quả lọc bụi ,lực cản có ảnh hởngxấu đến hiệu suất lọc

Công thức tính toán tốc độ di chuyển của hạt bụi theo chiều về điện cực lắng:

Trong đó  là độ nhớt động học của chất khí

c.Sự lắng bụi trên bề mặt các điện cực lắng:

Các hạt bụi tích điện chuyển động về điện cực lắng và bám dính vào đấy.Do vậy ở trên

điện cực lắng có cơ cấu thu bụi thích hợp và phải có diện tích lớn

d.Đặc tính V_A của quầng sáng:

Đây là 1 trong những chỉ tiêu cơ bản của thiết bị lọc bụi tĩnh điện Khi tăng điện áp lên cao đến 1 giới hạn nào

Đối với điện cực lắng dạng ống trụ rỗng và điện cực quầng sáng dạng sợi dây đẫn thì ờng độ trờng tới hạn đợc tính theo công thức :

R1 /.

298 , 0 1 3 , 30



  

Trong đó:R1-bán kính quầng sáng

 -tỷ số khối lợng của khí trong đktc và điều kiện làm việc

Đối với hệ thống điên cực lắng dạng ống trụ tròn và điên cực quầng sáng dạng dây dẫn không gai:

R

R R

Eth

1

2 ln 1 Trong đó: R1-bán kính điện cực quầng sáng

R2-bán kính điên cực lắng

Đối vớihệ thống điện cực lắng dạng tấm và điện cực quầng sáng dây dẫn không gai :

V a

R a

H R

1

Từ đó ta thấy rằng nếu giảm bán kính điện cực quầng sáng thif điên áp tới hạn sẽ giảm ,cónghĩa là quầng sáng sẽ xuất hiện sớm hơn.Thực tế R1=0,001-0,002m;R2=H=0,1-0,15m;thì U2=20kV-30kV

1.1.6mức độ thu bụi theo lý thuyết:

Mức độ thu bụi (hay hiệu suất thu bụi ) đợc xác định theo công thức:

1 1

2 2 1 1

V Z

V Z V

=bề mặt của điện cực lắng/lu lợng khí bụi qua thiết bị (f đợc gọi là bề mặt riêng của thiết bị ứng với lợng khí cần lọc)

1.17.Các nhân tố ảnh hởng đến hiệu suất thu bụi:

a.ảnh h ởmg của nguồn cao áp cấp cho thiết bị:

Cờng độ điện trờng giữa 2 bản cực phụ thuộc vào hiệu điện thế cấp cho thiết bị.Theo phântích trên ,tốc độ di chuyển của hạt bụi tích điện và tốc độ tích điện của hạt bụi tỉ lệ thuận với cờng độ điên trờng Vì vậy khi điên áp tăng thì hiệu suất thu bụi tăng ,do đó yêu cần

có 1 hiệu điện thế cao và ổn định cung cấp cho thiêts bị , tuy nhiên cần bảo vệ ngắn mạch cho thiết bị khi điện áp tăng cao

b.ảnh h ởng của tính chất bụi và lớp bụi trên điện cực lắng:

Kích thớc hạt bụi có ảnh hởng tới lợng điện tích tích cho hạt bụi , tức là có ảnh hởng tới vận tốc chuyển động của hạy bụi

Thành phần hoá học có ảnh hởng tới điện trở suất của bụi,của lớp bụi trên điện cực lắng Cụ thể , bụi trong khí thờng đợc chia thành 3 loại theo giá trị điện trở suất:

Nhóm1có <104  cm(độ điện dẫn lớn ): các hạt bụi này khi tiếp xúc với điện cực lắng sẽ trao tức thời điện tích cho điên cực và dễ bị đẩy theo không khí.Do dó để thu lại bụi này phải có các cơ cấu thu giữ bụi tại cực lắng

 : các điện tích trong bụi lan chậm qua lớp bụi để vào

điện cực , khi đó lớp bụi hình thành 1 điện thế nhất định

c.ảnh h ởng của hàm l ợng bụi ban đầu trong thiết bị :

Khi hàm lợng bụi ban đầu cao sẽ dẫn đến hiên tợng bao kín quầng sáng, xuất hiện khi hàm lợng bụi từ vài chục gam trong 1 m3 khí, gây giảm hiệu quả thu bụi

Để khắc phục hiện tợng này cần giảm tốc độ dòng khí , tăng cao điện áp 1 chiều

d.ảnh h ởng của độ dày lớp bụi trên điện cực :

Do đờng kính của điện cực quầng sáng nhỏ nên khi 1 lợng nhỏ bụi bám lên điện cực quầng sáng cũng làm tăng đáng kể bán kính điện cực điều này không có lợi do sẽ làm tăng hiệu điện thế xuất hiện quầng sáng.

Mặt khác, điện trở của lớp bụi bám trên bề mặt điện cực là lớn , mật độ bụi phân bố không đều trên mặt điện cực làm giảm sự làm việc ổn định của thiết bị , làm trờng càng trở nên không đồng nhất,dễ xảy ra ngắn mạch giữa 2 điện cực

Có thể khắc phục hiện tợng trên bằng cách thờng xuyên làm sạch bụi trên bề mặt cả 2

điện cực

e.ảnh h ởng của hiên t ợng ngắn mạch điện cực :

Để tăng hiệu quả thu bụi , ta phải tăng dần điện áp cao 1 chiều , tức là dòng qua tải lọc cũng tăng.Nhng khi diện áp tăng cao tới giá trị đánh thủng , 2 bản cực sẽ bị ngắn mạch vvà dòng sẽ tăng đột biến nhng hiệu quả thu bụi lại giảm Vì vậy cần giảm điện áp 1 chiềukhi xảy ra hiện tợng ngắn mạch

f.Tốc độ và sự phân bố khí :

Hai tham số trên cũng ảnh hởng trực tiếp đến hiệu suất thu bụi ,vì vậy cần có cơ cấu điều chỉnh vận khí và phân bố đều khí

1.2Yêu cầu công nghệ của lọc bụi :

Dựa trên những phân tích trên ta có thể đa ra yêu cầu công nghệ về mặt cung cấp điện củathiết bị :

+Điên áp ra trên tải lọc rất cao (60kV-70kV) và dòng tải lọc nhỏ cỡ vài Ampe, do

đó cần chọn sơ đồ mạch van thích hợp để có thể làm việc với điện áp ngợc đặt lên van rất cao Hơn nữa yêu cầu của tải lọc là phải đợc cung cấp 1 điện áp làm việc cao và ổn định

+Trong quá trình lọc ,lợng khí bị ion hoá không ngừng tăng cao , do đó hệ thống rất dễ bị ngắn mạch 2 điện cực, ảnh hởng xấu đến thiết bị và hiệu quả thu bụi Vì

vậy ,mạch điều khiển phải giữ cho điện áp luôn ổn định , khi xảy ra ngắn mạch thì phải cócơ cấu chống ngắn mạch tác động giảm điện áp xuống dới giá trị đánh thủng , nh vậy dòng tải sẽ nhanh chóng giảm xuống tới giá trị cho phép nhằm tránh sự phóng điện khôngthể kiểm soát đợc , và tự động hồi phục điện áp khi kết thúc sự cố ngắn mạch với thời gian

Chỉnh lu tia và cầu 1pha

Chỉnh lu tia và cầu 3 pha

Ta nhận thấy công suất tiêu thụ của tải là lớn:

Ptải=55kV.1,2=66kW

Mặt khác , yêu cầu của tải là phải làm việc ổn định , do đó để thoả mãn các yêu cầu của tải lọc và không làm ảnh hởng đến mạng điện chung , ta sẽ chọn sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha

để cung cấp điện áp cho tải

Giữa chỉnh lu cầu 3 pha và tia 3 pha, ta nhận thấy chỉnh lu cầu 3 pha có những u điểm vợt trội về điện áp cung cấp , hệ số sử dụng máy biến áp , hệ số đập mạch của điện áp Mặt khác , tải lọc có điện áp cao và dòng n hỏ , rất thích hợp với chỉnh lu cầu 3pha.Vì vậy ta

Sử dụng bộ điều áp xoay chiều 3 pha 2 thyristo r đấu song song ngợc để điều chỉnh điện

áp đa vào phía sơ cấp máy biến áp

Sau đó ở phía thứ cấp sẽ dùng sơ đồ cầu 3 pha không điều khiển cung cấp điện áp 1 chiều cho tải lọc

Sơ đồ nguyên lý của phơng án :

2.21.a.Bộ điều áp xoay chiều 3pha :

áp

2.1b.Máy biến áp :

Chúng ta chọn máy biến áp dây quấn đấu Y/Y , mạch từ theo kiểu 3 pha 3trụ

Điẹn áp từ khâu điều áp xoay chiều đa đến máy biến áp không sin ,trong đó thành phần sóng hài bậc 1 và bậc 3 có biên độ đáng kể nhất , trong đó ta mong muốn lọai bỏ thành phấn sóng hài bậc 3.Điều này có thể thực hiện đợc vì trong máy biến áp 3 trụ , từ thông của thành phần bậc 3 không khép mạch đợc qua các mach từ mà bị đảy ra ngoài và khép mạch qua không khí và dầu máy biến áp nên từ thông bậc 3 bị giảmmạnh Vì vậy sau khi qua máy biến áp ta lại thu đợc điện áp hình sin

Với điện áp cao áp lọc

Ud=55kV, Id=1,2Ata sẽ tính toán sơ bộ các tham số cơ bản của mạch

Giả sử lợng sụt áp của sơ đồ là 10%





U Uday

Dòng sơ cấp máy biến áp :

Vậy diode chịu áp lớn và dòng nhỏ

Điện áp ngợc cực đại đặt lên thyristor :

Ungợc maxthyristor= U 220 180V

3

2 2 3

Từ dó ta có đánh giá 1 cách tổng thể toàn phơng án nh sau:

Chất lợng điện áp ra tốt , phù hợp yêu cầu của tải

Các thyristor chịu dòng và áp không quá lớn , có thể dễ dàng tìm đợc thyristor thoả mãn yêu cầu.Hơn nữa vì thyristor không phải chịu điện áp cao nên sẽ dễ dàng hơn trong vấn đề điều khiển

Phơng án này có 1 nhợc điểm là điện áp ngợc đặt lên các diode rất lớn ,không có diode nào có thể thoả mãn Vì vậy cần khắc phục bằng cách đấu nối tiếp nhiều diode trong 1 nhánh của mạch cầu để phân áp cho các diode Chu ý trong việc phân áp đều cho các diode ,tránh hiện tợng 1 diode nào đó bị quá áp và đánh thủng , gây hỏng toàn bộ dãy diode đó

2.2.2Phơng án 2:

Ta sẽ đáu trựctiếp sơ cấp máy biến áp vào lới điện 3 pha và phía thứ cấp sẽ dùng sơ đồ cầu

3 pha điều khiển dùng thyristor

Luật điều khiển :

Ud=Udo.cos() với góc điều khiển   60 0là trờng hợp thờng gặp nhất trong thực tế Ud=Udo

2

) 60 cos(

Phân tích phơng án :

Điện áp ngợc cực đại đặt lên thyristor :Ungợcmax_thy=44,78kV rất lớn , không loại thyristor nào đáp ứng đợc yêu cầu này Do đó cũng nh trên

ta phải đấu nối tiếp nhiều thyristor trong 1 nhánh cầu Điều này rất phi thực

tế vì giá thành của thyristor rất cao, hơn nữa ta không thể điều khiển quá nhiều thyristor vì mạch điều khiển sẽ rất lớn , và ta cũng rất khó để có thể

mở đồng thời cho tất cả các thyristor trong nhánh.

2.3Kết luận đa ra phơng án tối u:

Qua việc phân tích tren ta nhận thấy rõ những nét nổi trội của phơng án 1so với phơng án 2,cụ thể là :

Dùng nhiều diode ở phía thứ cấp để chịu áp cao sẽ tốt hơn dùng thyristor vì diode

rẻ hơn và bền hơn sovới dùng thyristor

Điều khiển thyristor phia sơ cấp điện áp thấp dễ hơn rất nhiều

Số lợng thyristor ít hơn hẳn phơng án 2,vấn đề điều khiển cũng đơn giản hơn nhiều lần

Chất lợng điện áp ra tốt và ổn định , thoả mãn yêu cầu thiết kế

3.1.nguyên lý hoạt động :

Quá trình hoạt động của thiết bị:

Điện áp lới 3pha đa vào khâu điều áp xoay chiều 3 pha (dùng 2 thyristor đấu song song ngợc nh đã nêu trên).Thông qua việc điều khiển góc mở ta sẽ điều chỉnh đợc điện áp ra tảilọc, giá trị của góc mở sẽ do mạch điều khiển quyết định dựa vào công nghệ tải lọc và giá trị điện áp phản hồi từ tải

Điện áp qua bộ đièu áp xoay chiều sẽ không còn sin nữa mà có dạng đối xứng.Đây là điện

áp đa vào sơ cấp máy biến áp

Sau khi qua máy biến áp ta thu đợc điện áp lại có dạng hình sin với độ lớn phù hợp yêu cầu

Tiếp theo điện áp này sẽ đa tới bộ chỉnh lu cầu 3 pha tạo thành điện áp 1 chiều cung cấp cho tải

Yêu cầu của tải là phải đợc cung cấp 1điện áp 1chiều cao và ổn định để thu đợc hiệu quả lọc bụi cao nhất ,nhng trong quá trình làm việc của thiết bị , điện áp tải luôn biến động theo hàm lợng bụi, vì vậy vấn đề điều khiển là hết sức quan trọng

Cụ thể các thành phần mạch lực :

31.1.Bộ điều áp xoay chiều 3 pha:

Ta sử dụng bộ điều áp xoay chiều 3 pha dùng 2 thyrisstor đấu song song ngợc Khi dó ta thu đợc điện áp có chất lợng tốt , hơn nữa đây là sơ đồ hết sức thông dụng nên thuận tiện hơn cho vấn đề lắp đặt và sửa chữa

Trong 1 số trờng hợp có thể dụng triac thay cho 2 thyristor là hoàn toàn đợc , nhng với tải lọc bụi ta đang xét có môi trờng làm việc khắc nghiệt , đòi hỏi chất lợng van phải cao; về mặt chất lợng thì thyristor vợt trội hơn hẳn nên ta sẽ không xét trờng hợp sử dụng

triactrongđồ án này

Dạng điện áp ra của bộ điều áp với luật điều khiển đối xứng luôn códạng đối xứng ,tuy nhiên dạng điện áp cụ thể còn phụ thuộc vào góc mở van và tính chất của tải Sau đây ta

sẽ xét 1cách cụ thể hơn

Với tải R,khi 0   60o :

(ta có dạng điện áp qua khâu điều áp nh hình vẽ dới)

Trờng hợp này có từ 2 đến 3 van dẫn trong từng thời điểm

Khi có 3 van dẫn , điện áp đặt lên tải bằng điện áp pha tơng ứng

Khi có 2 van dẫn điện áp ra tải bằng một nửa điên áp dây của 2 pha mà có 2 thyristor dẫn điện Đối với pha không có van nào trong cặp van đấu song song ngợc dẫn

điện thì điện áp tải pha dó sẽ bằng 0

Giá trị hiệu dụng của điện áp ra tải :

3 2







Víi t¶i R,60   90:d¹ng ®iÖn ¸p qua vannh h×nh vÏ díiTrong trêng hîp nµy ,lu«n lu«n

chØ cã 2 van dÉn , nªn ®iÖn ¸p c¸c pha cña t¶i sÏ cã gi¸ trÞ b»ng mét nöa ®iÖn ¸p d©y cña 2pha cã van dÉn diÖn

Giá trị hiệu dụng dòng ra tải đợc xác định theo biểu thức:

3 3 2 3

Ta nhận thấy việc tăng góc mở của thyristor làm cho điện áp càng có dạng xung , tức là làm giảm chất lợng điện áp ra tải Điều này ta sẽ thấy rõ rệt với trờng hợp >900 sẽ trình bày dới đây

điện áp ra tải có trị hiệu dụng:

sin 4

3 3 2 5 1 2

Um

Dạng điện áp cụ thể của pha a nh hình vẽ :

Với tải R_L:Vấn đề xét dạng điện áp và dòng điện ra tải phức tạp hơn rất nhiều

Sẽ có 3 chế độ làm việc :

Nếu   ,dòng và áp trên tải có dạng hình sin vì các van đều đẫn trong 1 nửa chu kì,vậy khi này các van coi nh mất tác dụng điều áp

Nếu    th,thlà giá trị vẫn còn tồn tại chế độ cả 3 van của 3 pha đẫn

điện Trong trờng hợp này sẽ có những thời điểm cả 3 van của 3 pha dẫn điện và chỉ có 2van dẫn điện Vì vậy điện áp 1pha hoặc là điên áp dây chia đôi , hoặc là địên áp pha , hoặc sẽ bằng 0 tuỳ thuộc vào van nào đang dẫn điện

Nếuth   1500,sẽ luôn chỉ có 2 van của 2 pha dẫn điện Điện áp pha ra tải sẽ

là điện áp dây chia đôi nếu pha đó có van đang dẫn

Việc lấy dạng điện áp cụ thể thờng tiến hành bằng chạy mô phỏng trên máy tính với các phần mềm chuyên dụng

và dầu máy biến áp là khá lớn

Sau cùng ta nhận thấy tỉ số của máy biến áp là khá cao(Kba cỡ 200 lần)

3.1.3Mạch chỉnh l u:

Ta dùng mạch chỉnh lu không điều khiển dùng diode là hợp lý với đặc điểm tải cao áp.Diode sẽ đợc ngâm trong dầu cao áp nên ta không cần quan tâm tới vấn đề làm mát cho diode bằng quạt gió và lá tản nhiệt

3.2.Thuýêt minh sự hoạt động của mạch điều khiển :

3.2.1.nguyên lý điều khiển :

Có rất nhiều phơng pháp điều khiển thyristor theo các nguyên lý khác nhau:

-Điều khiển theo kiểu thẳng đứng

-Điều khiển theo kiểu ngang

Tuy nhiên trong thực tế thờng dùng phơng pháp điều khiển theo kiểu thẳng đứng, và trongphạm vi đồ án này ta cũng chỉ xét thao phơng pháp này

Nguyên lý hoạt động :

Điện áp xoay chiều hình sin đợc đặt vào anode của thyristor Trong vùng điện áp dơng của anode cần tạo ra 1 điện áp tựa kiểu tam giác(thờng là dạng răng ca)để có thể điều khiển góc mở của thyristor Thật vậy , để điều khiển góc mở của thyristor ta đa vào 1 điện

áp điều khiển Uđk (có trị số tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ và thực trạng làm việc của tải ) để so sánh với điện áp răng ca Tại thời điểm Uđk=Urc trong vùng điện áp dơng anode thì phát xung điều khiển cho thyristor.Thyristor đợc mở từ thơì điểm đó đến thời

điểm dòng tải về đến 0(cuối bán kì với tải R)

3.2.2Sơ đồ khối mạch điều khiển :

Để thực hiện đợc nguyên tắc điều khiển trên , mạch điều khiển bao gồm 3 khâu cơ bản :

Nhiệm vụ của từng khâu trong sơ đồ khối nh sau :

Khâu đồng pha có tạo ra điện áp tựa Urc (thờng gặp là dạng răng ca tuyến tính ) trong bánkì dơng của điện áp đặt lên anode thyristor

Khâu so sánh nhận điện áp điều khiển và điện áp răng ca, có nhiệm vụ so sánh 2 điện áp trên và tìm thời điểm 2 điện áp trên bằng nhau.Khi đó sẽ tiến hành phát xung điều khiển ở

đầu ra để đa đến tầng khuyếch đại

Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo dạng xung thích hợp để mở thyristor Xung điều khiển thyristor có yêu cầu :sờn trớc dốc thẳng đứng để đảm bảo yêu cầu mở thyristor 1 cách tức

thời và chính xác(xung kim hoặc xung chữ nhật ); xung phải có đủ độ rộng cần thiết ;đủ công suất ;cách ly tốt giữa mạch điều khiển có áp thấp và mạch lực có điện áp cao.

3.3.thiết kế sơ đồ nguyên lý:

3.3.1Khâu đồng pha:

Sơ đồ dùng diode và tụ :Khi điện áp Ua>0

diode D dẫn làm cho tụ C bị ngắn mạch nên

Urc=0V.Khi Ua<0, diode D bị khoá , tụ đợc

nạp với hằng số thời gianT=R.Cbởi nguồn E,tụ

sẽ đợc nạp cho đến khi Uru=Utụ =Ua, sau đó tụ

bắt đầu xả hết điện tích.Sơ đồ trên có số linh

kiện ít , đơn giản nhng phần biến thiên tuyến

tính không bao phủ hét toàn bộ góc 1800, do đó

góc mở van bị hạn chế

Sơ đồ dùng diode ,transistor và tụ :sơ đồ

này khắc phục đợc nhợc điểm của sơ đồ

dùng diode và tụ về dải điều chỉnh góc

mở thyristor.Khi điện áp Ua>0, transistor

Tr khoá lại , tụ C đợc nạp đến điện áp

-E.Khi điện áp Ua<0, Tr dẫn làm tụ xả

điện áp về 0 tạo thành điện áp dạng răng

ca Do đó điện áp răng ca có phần tuyến

tính bao phủ hết bán kỳ âm của điện áp

đồng pha Ua,vì vậy góc mở có thể về 0

hoặc lên đến 180o

Sơ đồ dùng bộ ghép quang:nguyên lý và

dạng điên jáp tạo ra tơng đơng với sơ

đồ trên.Ưu điểm của sơđồ là không cần

biến áp đồng pha , do đó có thể đơn giản

hơn trong chế tạo và lắp đạt

Sơ đồ dùng khuyếch thuật toán(KTT):

Sơ đồ dùng KĐTT có u điểm là chất lợng đợc nâng cao hơn hẳn so với các sơ đồ trên

*Trong hệ thống điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha : trong trờng hợp này ta sẽ phải

tạo ra xung điều khiển ở cả 2 bán kỳ dơng và âm của điện áp nguồn , tức là phải có 2 điện

áp đồng pha trong 2 chu kỳ điện áp ,vì vậy trong đồ án này ta sẽ sử dụng sơ đồ có KTT kết hợp với chỉnh lu tia 2 pha

Sơ đồ nguyên lý lựa chọn :

Nguyên lý hoạt động :

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ đợc trình bày qua đồ thị áp dới đây:

Nhờ sơ đồ chỉnh lu tia 2 pha dùng D1 và D2 mà Ua đợc tạo ra có dạng có dạng 2 bán kỳ dơng.Ua đợc so sánh với Ud cùng dấu đặt vaò KĐTT , trị số điện áp ra phụ thuộc vào vào trị số (Ua-Ud): +Ua>Udthì Ura=+Ubh,

+Ua<Ud thì Ura=-Ubh

Khi OA1 bão hoà âm : Uoa1=-Ubh diode D3 dẫn Lúc đó theo sơ đồ mạch ta thấy :

Điện áp trên tụ C1 bằng với điện áp đầu ra OA2 và bằng với điện áp răng a:Uc=Urc

c-Điện áp trên R4 bằng điện áp ra của OA1(tạm bỏ qua sụt áp trên

diode):Ur2=Uoa1

Thông thờng mạch thiết kế với điều kiện R4<<R3+VR3 , dẫn đến iR3<<iR4,nên khi phântích ta có thể bỏ qua trị số dòng qua R3trong giai đoạn này Nh vậy dòng qua tụ bằng dòng qua R4 vì dòng vào cửa OA không đáng kể.Kết hợp các điều trên ta có:

dt i C Uc

1

R C

Ubh

4 1

Nh vậy điện áp trên tụ C tăng tuyến tính Khi trị số điện áp này đạt trị số điện áp ngỡng của diode ổn áp thì nó thông và giữ nguyên giá trị điện áp này

Khi điện áp ra OA1=+Ubh>0 :

lúc này diode D khoá lại nên dòng qua R4 bằng không.Lúc này dòng qua tụ C1 bằng dòng qua điện trở R3,dòng điện này ngợc chiều với dòng đi qua tụ C1 tại thời kì trớc có nghĩa là tụ C1 phóng điện , phơng trình phóng điện của tụ :

dt i C Uoa Uc

3 1

1

R C

E Uoa

có dạng răng ca tuyến tính đi xuống

3.3.2.khâu so sánh:

Muốn xác định chính xác thời điểm mở thyristor , ta sẽ tiến hành so sánh hai tín hiệu

đầu vào là điện áp điều khiển và điện áp răng ca (Uđk và Urc)

Việc so sánh 2 tín hiệu điện áp kể trên nhằm phát hiện ra điểm cân bằng của chúng đợc thực hiện theo nhiều phơng pháp khác nhau, cụ thể là :

Sử dụng Transistor để so sánh:

tại thời điểm Uđk=Urc ,Tr lật trạng thái từ khoá

sang mở hoặc ngợc lại , làm cho điện áp ra cũng bị

lật trạng thái , do đó cũng có thể xác định đợc thời

điểm mở thyristor

Mức độ bão hoà của Tr phụ thuộc vào tổng đại số

Uđk và Urc , tổng đại số này có 1 vùng điện áp nhỏ

cỡ 10-3V ở đầu vào làm cho Tr không làm việc ở

chế độ đóng cắt bão hoà nh mong muốn , do đó

trong nhiều trờng hợp thời điểm mở van bị lệch đi

so với thời điểm mong muốn

Sử dụng KĐTT :các KĐTT có hệ số khuyếch đại

vô cùng lớn chỉ cần 1 tín hiệu rất nhỏ cỡ 10-6

V ở đầu vào là điện áp ra đã có trị số Ubh, việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh là hợp lí.Các sơ đồ dùng KĐTT hiện nay đợc ứng dụng rất rộng rãi vì có u điểm là xác định chính xác thời điểm mở van

Có thể so sánh trái dấu hoặc cùng dấu

Dạng điện áp đầu vào và đầu ra: