Thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn cho lò nấu thép

Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Lời nói đầu Trải qua nhiều giai đoạn nghiên cứu phát triển, ngành công nghiệp điện tử đợc đánh dấu đời Thyrantron (1902) kỹ s ngời Anh John Fleming sáng chế phát minh Transistor (1948) hai nhà vật lý ngời Mỹ John Bardeen WH Barttain sáng chế Thyristor (1956) nhóm kỹ s hãng Bell sáng chế Đến nớc phát triển đẫ sáng chế đợc thiết bị bán dẫn công suất lớn nh Điốt, Tiristor, Triac,Transistor chịu đợc điện áp cao Không mà thiết bị bán dẫn cực nhỏ nh: Vi mạch đa chức năng, vi xử lý đời Không riêng nớc phát triển mà nớc phát triển nh nớc ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào nghành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, khu công nghiệp, nhà máy nh xi măng, thuỷ điện, giấy, đờng, dệt, sợi chứng minh cụ thể Theo xu hớng phát triển nghành công nghiệp, để bắt kịp tốc độ phát triển khoa học giới, nhà máy đa vào công nghệ nấu thép để thay cho công nghệ lạc hậu Đó công nghệ nấu thép cảm ứng Công nghệ dùng biến tần với phần tử bán dẫn có khả tự động hoá cao điều chỉnh trình nấu thép dễ dàng, suất nấu thép tăng, thời gian nấu nhanh Điều đáp ứng đ ợc nhu cầu sản xuất nớc Với sinh viên tự động hoá, môn học điện tử công suất môn quan trọng Với giảng dạy nhiệt tình thầy Dơng Văn Nghi, thầy giáo môn, em bớc tiếp cận với môn học Để nắm vững đợc môn học, em tham gia làm đồ án môn học với đề tài : " Thiết kế phần nghịch lu nguồn cho lò nấu thép Đây đề tài có quy mô ứng dụng lớn thực tế.Với cố gắng thân hớng dẫn nhiệt tình thầy Dơng Văn Nghi Em bạn nhóm hoàn thành song công việc nghiên cứu Đây lần làm đồ án môn học, với hiểu biết kinh nghiệm thân em cha nhiều Do mà em tránh đợc thiếu sót trình làm, em mong thầy giúp đỡ em Em xin trân thành cảm ơn! Chơng I -1- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Giới thiệu công nghệ nấu thép Đề tài thiết kế biến tần cho lò nấu thép đề tài có giá trị thực tế lớn, đợc đa sử dụng nhà máy Gang Thép, nhà máy Luyện Kim nớc ta nh giới phần tử bán dẫn điện tử công suất đợc áp dụng lĩnh vực lĩnh vực công nghiệp để có sản suất để có sản suất quy mô khả tự động hoá cao Đó lý phơng pháp nấu thép dùng lò cảm ứng đợc thay phơng pháp truyền động Trớc hết tìm hiểu sơ lợc công nghệ nấu thép nghành luyện kim Nghành luyện kim đời từ lâu đời, sản phẩm đáp ứng đợc nhu cầu lĩnh vực Trong thời gian đầu phơng pháp luyện thép cổ điển nh : Lò cao, lò Máctanh lò đun than củi Ngày với sử dụng rộng rãi nguồn điện phơng pháp nấu luyện thép điện chiếm u Nấu thép lò điện phơng pháp có thời gian nấu nhanh mang lại hiệu kinh tế cao phơng pháp điện biến thành nhiệt dới dạng khác nên ta điều chỉnh đợc thành phần nhiệt độ cách dễ dàng nấu luyện đợc tất loại thép khác nhau, dùng cho mục đích khác Có loại lò điện nh : Lò hồ quang, lò điện trở, lò cảm ứng I Lò điện trở Là thiết bị biến đổi điện thành nhiệt thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt qua xạ đối lu, truyền nhiệt dẫn nhiệt nhiệt đợc truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thờng dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại nấu hợp kim mầu Cấu tạo lò điện trở ba -2Vật nung (h.1) Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Hình Tuỳ theo phơng pháp nung ta có: Lò nung trực tiếp lò nung gián tiếp a Lò nung trực tiếp Loại này, dòng điện trực tiếp qua cuộn dây điện trở, trực tiếp nung chảy vật phẩm Ưu điểm loại lò này: nung vật phẩm đợc nhanh Điều kiện làm việc dễ dàng Khuyết điểm Vật nung phải có hình thù theo cuộn dây điện trở Nếu hình thù phức tạp nung đợc b Lò nung gián tiếp Loại lò truyền nhiệt xạ Ưu điểm nung tất vật phẩm có hình thù khác Nung so với lò nung trực tiếp Khuyết điểm: Không nung đợc vật to dài Trong trình làm việc lò điện trở trình phức tạp, dây đốt không bao kim loại II Lò điện hồ quang: Là thiết bị biến điện thành nhiệt thông qua hồ quang điện, dùng để nấu thép hợp kim chất lợng cao Cấu tạo lò điện hồ quang gồm: Vỏ lò: đợc làm thép, mặt xây vật liệu chịu lửa (1), điện cực làm cácbon grafit (3) theo chiều thẳng đứng để điều chỉnh hồ quang, phế liệu đợc đa vào theo cửa 4, thép luyện xong đợc rót qua máy (cửa) (5) ( Hình 1- 2) Tuỳ theo cách cháy lửa hồ quang mà lò hồ quang đợc chia làm: -3- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi a Lò hồ quang xung nóng trực tiếp: Là lò hồ quang điện chảy điện cực nguyên liệu rắn chất lò, nghĩa nguyên liệu nhân nhiệt thông qua hồ quang lợng truyền từ điện cực xuống vật kim loại làm nóng chảy chúng Các điện cực đợc bố trí thẳng đứng, loại lò dùng để nấu thép có nhiệt cao Hồ quang toả trực tiếp nguyên liệu rắn bảo vệ đợc gạch chịu nóng cửa nắp lò không bị cháy Hình 1-3 Hình 1-2 Khuyết điểm: không dùng để nung đợc nhiệt độ cao, không đồng Do nhiệt độ cao nên khí H2, N2 hoà tan vào thép lỏng nhiều đồng thời nguyên tố có lợi bị bay nhiều b Lò hồ quang nung nóng gián tiếp -4- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Là lò hồ quanh chảy điện cực, cách nguyên liệu khoảng định Nhiệt đợc truyền xạ lên đỉnh lò, thân lò kim loại, điện cực đợc bố trí theo chiều ngang Ưu điểm: Điện cực bé, chế độ dòng điện tơng đối ổn định nên hồ quang chảy không đoản mạch dòng hồ quang không đứt quãng Các khí xâm nhập vào kim loại ít, chất có lợi bay khỏi nhiệt độ lò không cao Khuyết điểm: Thờng lò nóng kim loại không tận dụng hết khả cấp nhiệt cho vật liệu Xỉ nguội kim loại tác dụng xỉ kém, nên vấn đề khử ôxy kim loại khó khăn III Lò cảm ứng (lò tần số) Là loại lò điện làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ Khi cho dòng xoay chiều qua cuộn dây cảm ứng, lợng truyền từ nguồn điện tần số qua vòng dây cảm ứng biến đổi thành lợng trờng điện từ Nhờ lợng trờng điện từ mà nguyên vật liệu chứa lò (kim loại) xuất dòng điện xoáy sinh lò nung nóng kim loại Lò cảm ứng thông dụng loại lò không lõi sắt, loại phần lớn dùng để nấu kim loại Đặc điểm loại lò từ trờng cuộn dây cảm ứng đợc dẫn thẳng vào khối kim loại cần gia nhiệt Tại sinh dòng điện hỗ cảm Đặc trng dây dẫn cao tần có cảm kháng đặc biệt lớn hiệu ứng bề mặt hỗ cảm chúng phụ thuộc vào tần số, dây dẫn cuộn cảm lò cảm ứng thờng phẳng, ống rỗng làm mát nớc Trong loại lò điện lò cảm ứng lò có u điểm trội Lò cảm ứng sử dụng biến tần phần tử bán dẫn mạch điều khiển điện tử nên trình đơn giản điều khiển dễ dàng tin cậy hơn, nhìn chung đợc sử dụng để : - Nấu luyện kim loại hợp kim ( loại thép có chất lợng cao ) - Nhiệt luyện chi tiết ( kể hoá nhiệt luyện ) -5- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi - Nung kim loại trớc gia công nóng( cán, rèn thép, kéo dây, kéo sợi ) - Nung điện môi * Ưu điểm lò cảm ứng là: - Nung nhanh, tốc độ nung lớn - Quán tính nhiệt nhỏ - Có thể nung chân không nung bề mặt - Dễ khí hoá tự động hoá - Lao động hợp vệ sinh Vậy lò cảm ứng có cấu tạo nguyên lý hoạt động nh mà lại có đợc u việt nh vậy? Thực chất cấu tạo lò cảm ứng đơn giản nh số lò điện khác Ta nghiên cứu loại lò cảm ứng ( lò cảm ứng kiểu kênh ) * Định nghĩa : Lò cảm ứng kiểu kênh thực biến đặc biệt Trong biến này, cuộn sơ cấp cuộn cảm ứng lò, cuộn thứ cấp kim loại đợc nấu luyện nằm kênh * Đợc cấu tạo phần sau: Bộ biến tần, cuộn cảm ứng, lớp lót, khung ( vỏ lò ), cấu nghiêng lò a) Bộ biến tần : Phần em xin đề cập đến phần sau b) Lớp lót : Lớp lót giới hạn không gian nấu luyện lò Độ bền cao lớp lót phải đảm bảo yêu cầu + Độ bền nhiệt lớn + Đảm bảo độ bền học, hoá học nhiệt độ cao + Vật liệu làm lớp lót phải trì tính cách điện khoảng nhiệt độ tiến hành trình nấu luyện c) Khung: Khung đợc chế tạo vật liệu không từ tính (đồng, thép không từ tính .) dùng để đặt thiết bị phụ đỡ toàn lò Vỏ gồm hai phần : + Phần dới dùng để đặt giữ biến lò nh buồng đáy + Phần phần bao thân lò, hình trụ, hình bầu dục hình chữ nhật đợc chế tạo thép nồi 10mm -6- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi d) Cuộn cảm ứng : Cuộn cảm ứng cuộn dây hình trụ quấn vòng theo toàn chiều dài lõi thép có hình bầu dục Cuộn cảm đợc chế tạo đồng, tiết diện tròn hình trữ nhật Các cuộn tiết diện tròn dùng trờng hợp đờng kính không vợt 6mm Nếu yêu cầu cần tiết diện dây lớn dùng dây hình chữ nhật ( thờng đợc làm mát nớc ) Cuộn cảm ứng nhận điện áp có tần số lớn : Vài trăm đến vài nghìn HZ e) Cơ cấu nghiêng lò : Cơ cấu nghiêng lò có tời điện, thiết bị lật trục quay gần miệng rót qua trọng tâm bình lò Hình vẽ cấu tạo chủ yếu lò cảm ứng: Vật nung Cuộn cảm Hình 1-4 Nguyên lý dòng điện lò cảm ứng : Ta biết dây dẫn đặt từ trờng biến thiên sinh sức điện động cảm ứng: E = 4,44.m f n 10-7 (V) Trong : n số vòng cảm ứng : từ thông f: tần số dòng xoay chiều Sức điện động cảm ứng lớn đại lợng phụ thuộc: m, f, n lớn Vậy nguyên lý làm việc lò điện cảm ứng không lõi ( giống máy biến áp lõi không khí), vòng cảm ứng tơng ứng nh cuộn dây -7- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi sơ cấp máy biến áp, nguyên liệu nấu tơng tự cuộn dây thứ cấp máy biến áp Trong lò cảm ứng có dòng điện tần số cao qua vòng dây cảm ứng (cuộn sơ cấp) khối lợng kim loại nồi sinh Sđđ cảm ứng E2 dòng điện cảm ứng I2, nhờ suất dòng I2 mà khối lợng kim loại đợc nung nóng đến lúc bị chảy Mặt khác ta có lợng chuyển thành nhiệt khối liệu W W = I2 n2 ( d/ h ) ( f 109 ) Với I : cờng độ dòng điện cuộn cảm n : số vòng dây cảm ứng d : đờng kính nồi lò ( cm) h : chiều cao kim loại lò ( cm ) : Độ từ thẩm : điện trở suất mẻ liệu ( m ) Nh lợng chuyển thành nhiệt mẻ liệu tỉ lệ với bình phơng cờng độ dòng điện Khi số vòng cờng độ dòng điện lớn cuộn cảm ứng đợc nung nóng mạnh Hay vòng cảm ứng có dòng điện cao tần biến đổi chạy qua bên vòng cảm ứng xuất từ trờng biến đổi Nguyên liệu lò ( kim loại .) đ ờng sức từ biến đổi xuyên qua bên nên cảm ứng sinh điện biến đổi có giá trị đợc tính theo định luật cảm ứng điện từ E2 = 4,44 f n2 m Trong : + E2 : trị số điện cảm ứng có ích nguyên liệu nấu + f : tần số dòng điện biến đổi chạy qua vòng cảm ứng + n2 : Số vòng cuộn dây thứ cấp (1 cục kim loại tơng đơng với vòng) + m : Trị số lớn từ thông biến đổi Vì kim loại mạch khép kín, nên điện cảm ứng ngày bị đoản mạch tạo dòng điện đoản mạch thờng đợc gọi dòng điện phu cô -8- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi ( làm nóng khối kim loại ), trị số đợc tính theo công thức : I2= E2 r 22 + x 22 + r2 : Điện trở đờng vòng kín nguyên liệu lò ( kim loại ) hình thành + x2 : Điện kháng đợc định số từ lọt kim loại hình thành Do trị số r x kim loại nói chung tơng đối nhỏ tạo thành dòng phu cô mạnh, làm cho kim loại nóng lên đến mức chảy thời gian ngắn Bây ta xét trình nấu thép diễn lò thay đổi đặc tính thép Công suất lò đồ án 15KW tơng ứng với mẻ nấu đợc khoảng 15Kg thép trình nấu nh sau Khi chất mẻ liệu vào lò bắt đầu nấu phần thép bị sụt xuống bị nóng chảy, phần thép xung quanh gần áo bị nóng chảy trớc, sau phần thép sụt xuống bị nóng chảy cuối thép chảy thành chất lỏng, ta rót thép lại cho mẻ khác vào nh lò có biến động hay nói cách khác tải biến tần thay đổi Đặc tính thép trình nấu nh sau: à, O T 780 1000 Hình 1-5: quan hệ ( T0 ) ( T0) à: độ từ thẩm thép : điện trở suất thép (m ) Nhìn vào đặc tính ta thấy nhiệt độ thấp nhỏ độ từ thẩm lớn, thép có tính điện cảm lớn Trong khoảng từ 780 đến -9- Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi 10000 (đoạn 1, 2) thép bắt đầu chảy giảm mạnh tăng nhanh ta nói biến động Khi thép chảy lỏng thép hết từ tính lại tức có tính điện trở Nh thiết kế biến tần cho lò cảm ứng ta phải thấy tải có tính chất cảm kháng tải có biến động lớn Mặt khác thép bắt đầu chảy thành lỏng hoàn toàn lúc coi tải ngắn mạch Qua tham khảo số tài liệu em có vài số nhận định sơ để tiến hành khảo sát nghiên cứu thiết kế phần nghịch lu * Đặc điểm công nghệ nấu thép lò cảm ứng : Trong trình nung nóng thép bị thay đổi điện trở suất mật độ từ thẩm à, lò nấu thép diễn thay đổi hình dạng vật thể bị nung, mức độ thay đổi thông số hệ thống cuộn cảm ứng thay đổi thông số thiết bị nấu thép diễn phức tạp, liên quan đến thay đổi hình dạng vật thể cần nung nóng Trong trình nấu chảy, chia thời gian nấu chảy thành giai đoạn sau: * Giai đoạn : Khi cho mẻ liệu vào lò nung mẻ liệu từ nhiệt độ ban đầu ý thời gian chạy lò, tờng lò nguội cần nâng nhiệt độ chậm tránh gây h tờng lò hiệu ứng nhiệt, đến nhiệt độ 700 ữ 8000C vật liệu lò có dạng hình cục hay thỏi đúc, hình dạng vật nung giá trị đoạn không biến đổi Trờng điện từ khe cục rời, mẻ vật liệu có bề mặt phát triển trị số lớn nên tiêu thụ công suất đạt giá trị cực đại * Giai đoạn : Nung mẻ vật liệu từ 8000C đến nhiệt độ 1000 ữ 11000C Thép thời điểm bị nấu chảy thành thể chung độ từ thẩm à, điện trở suất tăng ít, trờng điện từ không lọt vào bên vật liệu * Giai đoạn 3: Nung từ nhiệt độ nấu chảy vật liệu tới nóng chảy hết, coi mẻ vật liệu nh thể liền khối (theo hình dạng nồi nấu) Khi kim loại chuyển dần sang trạng thái lỏng, điện trở suất tiếp tục tăng khe hở giảm nồi đợc điền đầy kim loại lỏng - 10 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi 5- Tầng khuyếch đại cuối cùng: + Khuyếch đại xung ghép qua máy biến áp xung Sơ đồ nguyên lý khuyếch đại xung : (một kênh ) + Sơ đồ dùng Tranzisto đấu kiểu Dalingtone với Tr1 có hệ sô khuyếch đại lớn nhng công suất bé Tr2, điôt D1 để bảo vệ chống điện áp ngợc đặt lên Tranzisto + Sơ đồ có u điểm đơn giản , giá thành không cao, tiết kiệm linh kiện thụ động, bị đảo pha so với bóng riêng biệt phù hợp cho mach điều khiển tiristor + Nguyên lý hoạt động: Biểu đồ xung : Nguyên lý hoạt động : + Giả sử t= xung vào Uv > lúc Uc > Tr1 mở dẫn đến Tr2 mở bão hoà, xuất dòng điện qua cuộn sơ cấp W1 máy BAX tăng dần (dòng qua W1 có chiều từ cực tính (*) sang phía dấu - 43 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi (*) dẫn đến bên thứ cấp xuất xung có cực tính dơng phía (*).Xung đặt thuận lên D3 truyền qua D3 đến cực G K Tiristor t = t1 xung vào Uv = 0, Uc = Tr1, Tr2 khoá lại dòng cuộn sơ cấp giảm Do giảm từ thông nên cuộn dây máy BAX xuất xung điện áp ngợc, xung bên cuộn thứ cấp làm D3 khoá lại nên xung điều khiển cấp cho Tiristor, trình lập lập lại ta đợc dãy xung điều khiển nh hình Tác dụng D2 D4 xung vào Tranzistor khoá lại gây nên giảm dòng cuộn W làm xuất xung áp có chièu ngợc lại, xung đặt thuận lên D2 bên thứ cấp đặt cuộn lên D4, dẫn đến D2, D4, D5 dẫn thông, dòng qua cuộn dây máy BAX không bị giảm đột ngột mà trì qua điốt này, bảo vệ đợc áp cho Tranzitor, mặt khác D4, D5 xung mở xung áp thuận đặt lên khép khín mạch thứ cấp máy BAX Kết từ trờng lõi thép máy BAX giảm chậm nên xung áp cảm ứng cuộn dây có giá trị nhỏ, đảm bảo an toàn cho Tranzitor máy BAX Tính toán : +Để tính toán ta dựa vào thông số sau : +Điện áp điều khiển Tiristo : Uđk = 3,0 V +Dòng điện điều khiển : Iđk =150 mA =0,15 A +Tần số xung : f = 12khz +Mức sụt biên độ xung : Sx = 0,15 +Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : Vcc = 12 V * Tính máy biến áp xung (BAX) : + Chọn vật liệu làm ferit, B =0,3 T , H=30 A/m, khe hở không khí + Tỷ số biến áp xung : thờng chọn m = ( ữ ) chọn m =3 + Điện áp thứ cấp máy BAX : U2 =Uđk =3,0 V + Điện áp sơ cấp máy BAX : U1 = m.U2 = 3.3 = V + Dòng điện thứ cấp máy BAX : I2 = Idk = 0,15 A + Dòng điện sơ cấp máy BAX : I1= + Tần số xung điều khiển I2 m = 0,15 = : f = 12 KHz - 44 - 0,05A = 50mA Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi + Độ rộng xung điều khiển tx : f T= = = 12000 0,084.10-3 S Vì xung vuông góc đối xứng : T = tx tx = T = 0, 084.103 = 0,42.10-3 s = 42 às + Độ từ thẩm trung bình lõi : àtb = B à0 H = 0,3 1,25.10 6.30 = 8000 Trong à0 = 10-7 H/m = 1,25.10-6 H/m + Thể tích lõi cần có : V = Q l = = àtb à0 t x S x U1.I1 B 8.103.1, 25.106.42.106.0,15.9.0, 05 0,32 = 3,15.10-6 m3 = 0,315 cm3 Tra sách điều khiển số máy điện ( TG : Lê văn Doanh) chọn lõi Ferit HM, lõi có hình xuyến tích V = 1,4cm3 Hình chiếu lõi máy biến áp xung : Lõi có kích thớc a = 4,5mm, b = 6mm, Q = 0,27cm2 = 27mm2, d = 12mm, D= 21mm, chiều dài trung bình mạch từ l = 5,2 cm Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung : Theo định luật cảm ứng điện từ - 45 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi U1 = W1 Q W1 = dB dt = W1 Q U t x 9.100.10 = 0,3.27.10 B.Q B tx 112 vòng Số vòng dây thứ cấp W2 = W1 / m = 112/ = 38 vòng + Tiết diện dây sơ cấp : S1 = S1 = 50.10 I1 J1 = 8.10-3mm2, chọn S1 = 0,0083mm2 + Đờng kính dây sơ cấp : d1 = +Tiết diện dây thứ cấp : S2 = S2 = 0,15 = , chọn mật độ dòng điện J1 = A/ mm2 I2 J2 4S1 = 4.0,0083 = 3,14 0,1mm , chọn mật độ dòng điện J2 = A/mm2 0,0375mm2 4S + Đờng kính dây thứ cấp : d2 = = 4.0,0375 = 3,14 0,21mm2 kiểm tra hệ số lấp đầy : Kld = S1 W1 + S .W2 d2 + d12 W1 + d 22 W2 d = = 0,12.112 + 0,212.38 = 12 0,02 Nh cửa sổ đủ diện tích * Tính tầng khuyếch đại cuối : + Chọn bóng cực Tr1 : 2SC2294 loại SN (silic-NPN) Ucb0=30V, Ueb0=5V, Uce0=20V, Pc=0,25W, Ic max= 30mA, = 50 + Chọn bóng cực Tr2 : 2SC9111 loại SN (silic-NPN) UCB0 = 40V, IBE0 = 4V, Icmax = 500mA, T = 1750C, Pc = 1,7 W, = 50 + Dòng cực gốc : Ib1= I c1 max =0,6mA, Ib2= I c max = 500 =10mA 50 + Tính dòng Ib1 với sơ đồ mắc kiểu Dalingtone : Ic I1 Ib1= = =0,02mA 2 - 46 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Nh ta không cần dùng Tr1 mà đủ công suất xung Tính R7 : UV R7= I = b1 4,5 0,02.10 = 225K chọn R7=240K ) Khối nguồn cung cấp : * Khối nguồn khối tạo điện áp thích hợp cho phần tử mạch điều khiển, theo thiết kế mạch điều khiển cần tạo nguồn điện áp 12 V để cấp cho máy BAX, nuôi IC, Transitor * Sơ đồ nguyên lý khối nguồn : + Ta chọn mạch chỉnh lu cầu pha dùng điốt Chọn : U20 = 15 V, máy biến áp có điểm ; U22 = 24 = 0,9 26,66V Chọn U22 = 30 V + Để ổn định điện áp nguồn nuôi, ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912 thông số vi mạch nh sau : Điện áp vào : Uv = ữ 35 V Điện áp : Ur = + 12 V ( với 7812 ) Ur = - 12 V ( với 7912 ) Dòng điện : Ir = 1A + Chọn tụ lọc nguồn C23 = C24 = 1000 àF, 50 V C27 = C28 = 470 àF, 25 V - 47 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Tụ lọc nhiễu dùng lọc thành phần sóng hài bậc cao : C21 = C22 = 0,1 àF, 50 V C25 = C26 = 0,1 àF, 50 V * Thiết kế máy biến áp nguồn : Công suất tiêu tán IC logic không đáng kể, sơ đồ sử dụng cổng lôgíc : Pc= 10nW Công suất tiêu thụ KĐTT TL 084 : PCI = 0,68 = 1,8 W Công suất cấp cho máy biến áp xung cực điều khiển Tiristor : PBAX = Uđk Iđk = 4.3 0,15 = 2,72 W Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn : PN = PIC + PBAX = 4,52 W Công suất máy biến áp kể đến 5% tổn thất máy : Sba = 1,05 PN = 4,7 W Dòng điện thứ cấp máy biến áp: I2 = Sba U 22 = 4,7 30 = 0,156 A Dòng điện sơ cấp máy biến áp : I1 = Sba U 21 = 4,7 = 220 0,021 A Tiết diện lõi thép theo kinh nghiệm : Q = K P = 1,2 4,52 = 2,55 cm2 Trong chọn hệ số K = 1,2 Ta chọn lõi thép có tiết diện S = 2,55 cm2 vật liệu thép kỹ thuật điện dày 0,2mm( tra bẳng sách điện tử công suất, Tg : Nguyễn Bính) Số vòng dây cuộn sơ cấp theo kinh nghiệm : Vòng/ von = K Q K = 45 ữ 50, Q = 2,55 cm2 Số vòng/ von = 45 2,55 = 17,6 - 48 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Số vòng dây sơ cấp : W1 = U1 17,6 = 3882 vòng Số vòng dây thứ cấp : W20 = 15 17,6 = 264 vòng, U22 = 264 + 264 = 528 vòng + Tiết diện dây quấn : chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75A / mm2 Sơ cấp ; S1 = I1 J1 Thứ cấp : S2 = 0,021 = 2,75 = I2 J2 = 0,0076 mm2 0,156 = 2,75 0,06 mm2 + Đờng kính dây : Sơ cấp ; d1 = Thứ cấp : d2 = 4.S1 4.0,0076 3,14 = 4.S = 4.0,06 3,14 = 0,09 mm = 0,27mm * Tính chọn điốt cho chỉnh lu nguồn nuôi : + Dòng điện hiệu dụng qua điốt : IDhd = I2 = 0,156 = 0,11 A + Điện áp ngợc lớn mà điốt phải chịu : Unmax= U22 = 30 = 42,4 V + Chọn điốt : Iđm Ki IDđm = 10 0,11 = 1,1 A UNmax= Ku Unmax = 42,2 = 85 V ta chọn điốt KII 208A có thông số : Iđm = 1,5A ; UNmax= 100V - 49 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi ChơngV- Tổng kết linh kiện Trong đồ án dùng linh kiện sau : Dùng van công suất Tiritor TF225-04Q : + Unmax=400V + Iđm max=250A + Igmax= 150mA + Ugmax= 3,0V + Tcm=7às Dùng IC thuật toán TL084 + Vcc=12V + P tiêu thụ= 680 mW + Rin= 106 M + Ira= 30 pA Dùng IC lôgíc : họ CMOS-IC4081-IC4069-IC4070 + Vcc=(3ữ15)V + T=-40ocữ80oc +Mứclôgíc : 12V + Pc=2,5nW/1 cổng Dùng Tranzitor : 2SC2294 loại SN, 2SC9111 loại SN - 50 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi Điốt ổn áp CW21 : Uz=4,5V ; Imax=220mA Dùng IC ổn áp : 7812, 7912 : Uv=(7ữ35)V Dùng tụ hoá tụ lọc nhiễu số liệu nh hình vẽ Dùng loại điện trở R1ữR7 thông số nh tính toán phần dùng loại điện trở than 1/8W Điốt dùng để nắn điện áp nguồn nuôi : KII208A, Iđm=1,5A ; Unmax=100V ; Tài liệu tham khảo 1- Điện tử công suất - Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh 2- Phân tích giải mạch điện tử công suất Dơng Văn Nghi- Phạm Quốc Hải 3- Điện tử công suất Nguyễn Bính 4- Điện luyện thép - ĐHBK 5- Điện tử công suất - Lê Văn Doanh - Nguyễn Thế Công - Trần Văn Thịnh 6- Bộ khuyếch đại sử lý IC tuyến tính- William D.Stanley 7-Kỹ thuật điện tử - Đỗ Xuân Thụ - 51 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi - 52 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi s - 53 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi - 54 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi - 55 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi - 56 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi thiết kế đồ án môn học đề tài thiết kế phần nghịch lu nguồn cho lò nâu thép 1- số liệu cho trớc Phơng án Công suất Các số liệu cho trớc Ura Tần số (KW) (V) 100 15 (HZ) 5000 Cos (rad) 0,5 2- vẽ : Bản vẽ tổng thể toàn sơ đò nguyên lý mạch thiết kế (cả mạch lực mạch điều khiển) giấy vẽ kỹ thuật A2 - 57 - [...]... đây với đề tài thiết kế nghịch lu cho lò nấu thép, em dựa vào đặc tính của nguồn cung cấp và đặc tính phụ tải Nguồn cung cấp cho nghịch lu là nguồn một chiều lý tởng đợc nắn từ nguồn lới xoay chiều U1,f1 qua bộ chỉnh lu sau đó qua bộ lọc để có nguồn 1 chiều lý tởng Tải của lò nấu thép là tải có sự biến động mạnh từ lúc tải có tính chất điện cảm lúc bắt đầu nấu ở giai đoạn 1 cho đến khi thép chảy tải... tải ngắn mạch Nh vậy với đặc tính nguồn cung cấp cho nghịch lu, em sử dụng bộ nghịch lu độc lập và tính chất biến động rất lớn của tải : + Tải có tính chất điện cảm + Tải có sự biến động mạnh + Tải có tính chất ngắn mạch Em sử dụng nghịch lu độc lập nguồn dòng cầu 1 pha để thiết kế phần nghịch lu của bộ nguồn lò nấu thép II Chọn phơng án nghịch lu : 1 Nghịch lu độc lập nguồn dòng điện một pha a) Tải có... tài của em là thiết kế phần nghịch lu của bộ nguồn lò nấu thép Đây là một ứng dụng khá quan trọng của bộ biến đổi 1 chiều xoay chiều, có rất nhiều kiểu sơ đồ nghịch lu khác nhau, để phân loại chúng Dựa vào tính chất nguồn cung cấp, số pha của các đại lợng ra, đặc trng của thiết bị chuyển mạch, đặc tính của phụ tải, kiểu sơ đồ, dụng cụ bộ biến đổi, sự kết hợp của một số đặc trng trên v v - 12 - Đồ... làm tải cho bộ nguồn nghịch lu ( bộ biến tần ) Chơng II Phân tích, lựa chọn và thiết kế mạch nghịch lu - 11 - Đồ án điện tử công suất GVHD: Dơng văn nghi I Sơ đồ khối bộ biến tần cấp cho lò nấu thép: Trong lĩnh vực biến đổi năng lợng điện rất nhiều trờng hợp phải thực hiện quá trình biến đổi nguồn điện một chiều thành điện áp thành dòng điện xoay chiều có thể điều chỉnh đợc giá trị và tần số của dòng... cung cấp cho bộ biến đổi 1 chiều ( bộ nghịch lu ) có tính chất nguồn áp Ud = const hoặc có tính chất nguồn dòng Id = const * Khâu III: Là bộ biến đổi 1 chỉều xoay chiều, đầu ra của nó ta thu đợc điện áp hoặc dòng điện xoay chiều có giá trị và tần số điều chỉnh đợc Các sơ đồ bộ biến đổi 1 chiều xoay chiều có thể sử dụng các dụng cụ bán dẫn là Tiristo hoặc Transitor Đề tài của em là thiết kế phần nghịch. .. phôi cho rèn, dập, cán + Lò tôi bề mặt + Lò nung sấy chất điện môi và bán dẫn Tính chất tải của các lò nấu thép có tính chất biến động rất lớn: + Tải có tính chất điện cảm ( đoạn 0 ữ 1 ; hình 1 5 ) + Tải có sự biến động nhiều ( đoạn 1 ữ 2; hình 1 5 ) + Tải có tính chất ngắn mạch ( khi thép bị chảy hoàn toàn ) Theo số liệu của đồ án tần số ra f = 12000 HZ Do vậy em chọn lò nấu thép theo phơng pháp cảm... quá trình nấu luyện, kết hợp với số liệu của đề tài, em chọn đề tài lò tần số vì nó có nhiều u điểm nổi trội hơn cả Theo tần số làm việc: + Lò cảm ứng tần số công nghiệp lấy điện từ lới hoặc qua máy biến áp + Lò trung tần với tần số làm việc nhỏ hơn 10.000 HZ, dùng Tiristor + Lò cao tần với tần số làm việc lớn hơn 10.000 HZ Theo phạm vi sử dụng: + Lò nấu chảy kim loại và hợp kim + Lò nung phôi cho rèn,... rộng cần có bộ ổn định điện áp ra của nghịch lu, thực chất đây là bộ bù công suất phản kháng của tải Đồ thị thay thế Đồ thị véctơ Từ đồ thị ta thấy : Khi thí nghiệm phụ tải chẳng hạn giảm dòng tải, dòng nạp cho tụ cũng bị thay đổi theo, để cho dòng tụ không đổi thì nghịch lu 1 pha phải là nghịch lu dòng điện để đảm bảo dòng nạp cho tụ ít bị thay đổi Vì dUc dt = Ic c = const.( Chính là nguồn dòng )... lu, thực chất đây là bộ bù công suất phản kháng của tải Nh vậy nghịch lu dòng phải làm việc ở chế động công hởng song song, đặc điểm cơ bản của nghịch lu cộng hởng là quá trình chuyển mạch của van dựa vào hiện tợng cộng hởng Từ những phân tích các chế độ nghịch lu ta thấy trong quá trình nấu chảy thép lại mất dần từ tính nên nghịch lu thích hợp với tải là nghịch lu dòng điện cầu 1 pha Mặt khác để truyền... Đối với nấu thép trớc khi ra lò phải khử ôxy theo tỷ lệ công nghệ, sau khử xong phải ra thép ngay Khi ra nồi để lặng nớc thép 1 phút rồi rót vào khuôn, chú ý gạt xỉ trên bề mặt, rồi rót thép phải đợc nung đỏ 700 đến 8000C Lò cảm ứng là thiết bị biến tần tải tĩnh, biến đổi năng lợng điện xoay chiều tần số công nghiệp thành năng lợng điện một pha xoay chiều có tần số cao, thiết bị này thích hợp để nấu luyện