Thiết kế phần nghịch lưu của lò nấu thép cảm ứng

Đồ án môn học Điện tử công suất Lời Nói Đầu Điện tử công suất môn học quan trọng sinh viên nghành tự động hoá Với giảng dạy nhiệt tình thầy cô khoa em bớc tiếp cận nắm bắt đợc phần lý thuyết môn học, để áp dụng kiến thức lý thuyết học vào thực tế em đợc giao đồ án môn học với đề tài: Thiết kế phần nghịch lu lò nấu thép cảm ứng Đây đề tài có khả ứng dụng thực tế lớn, Với cố gắng thân, hớng dẫn tận tình thầy cô môn, đặc biệt hớng dẫn trực tiếp thầy Tạ Duy Hà giúp em hoàn thành đồ án môn học Do lần thực đồ án thiết kế thực tế cha có kinh nghiệm nên em không tránh khỏi thiếu sót, mong thầy cô góp ý giúp đỡ Em xin chõn thnh cm n ! Đồ án môn học Điện tử công suất Phần I Giới thiệu chung Trong ngành Công nghiệp, nhu cầu nhiệt lớn Nó dùng để nung, sấy, nhiệt luyện nấu chảy chất Nguồn nhiệt đợc chuyển hoá từ điện qua lò điện phổ biến thuận tiện Từ điện ta thu đợc nhiệt nhiệt cách nhờ hiệu ứng Jun (lò điện trở), nhờ phóng điện hồ quang (lò hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt dòng điện xoáy Fon canlt qua tợng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng) Trong ngành công nghiệp luyện kim, luyện thép lò điện khâu quan trọng Nhiệm vụ luyện thép lò điện hoàn nguyên nguyên tố kim loại Fe, Mn ôxit chúng để thu đợc thép hợp kim có thành phần hoá học Để luyện thép lò điện, ngời ta sử dụng lợng điện nh nguồn phát nhiệt, nghĩa biến điện thành nhiệt để nung chảy kim loại Nhờ mà lò điện thu đợc nguồn nhiệt lớn So sánh lò điện với lò Mactanh ta thấy lò điện có nhiều u việt Tất thép công cụ hợp kim mác cao, thép không gỉ tất thép có tính chất đặc biệt khác luyện lò điện Thành phần lu huỳnh, phốt thép lò điện chứa 0,01 ữ 0,05% Lò điện khử tạp chất hoàn toàn lò Mactanh Luyện thép lò điện đảm bảo nguyên tố có lợi bị mát mà cho phép tiến hành trình tinh luyện thép tốt Đặc biệt luyện thép lò điện dễ dàng nâng nhiệt độ điều chỉnh cách xác theo giai đoạn nấu Lò điện dùng luyện thép tuỳ theo phơng pháp làm việc đợc chia làm loại: Lò điện trở hay gọi lò nung Lò hồ quang Lò cảm ứng hay lò tần số Đồ án môn học Điện tử công suất 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 (H.1) ba Vật nung (h.1) 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 Đồ án môn học Điện tử công suất 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) Ba 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 2) Tuỳ theo cách cháy lửa hồ quang mà lò hồ quang đợc chia làm: 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 Hình Đồ án môn học Điện tử công suất 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 Là lò hồ quanh chảy điện cực, cách nguyên liệu khoảng định Nhiệt đợc truyền xạ lên đỉnh lò, thân lò kim loại Các 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 Đại lợng lợng đợc xác định: W = I 12 n 2 d àf 10 h Trong đó: I1 dòng điện cuộn cảm ứng Đồ án môn học Điện tử công suất n số vòng dây cuộn cảm d - đờng kính lò h : cờng độ từ trờng Năng lợng điện chuyển thành nhiệt truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Điện trở suất + Độ từ thẩm kim loại + Cờng độ từ trờng H Wnh H2 I2 Thực tế ta tăng dòng điện để tăng cờng độ từ trờng dây phải lớn nóng cho dù đợc làm mát nớc Tần số dòng cảm ứng Wnh = Wnh2 Thực tế dùng phơng pháp tăng tần số dẫn đến Wnh tăng Do lò cảm ứng gọi lò tần số nguồn cung cấp cho lò cảm ứng nguồn tần số cao Cấu tạo lò cảm ứng Vật nung Cuộn cảm Hình Nấu thép lò cao tần có u điểm: + Nhiệt độ phân bố lò + Nấu chảy hoàn toàn nguyên liệu rắn Đồ án môn học Điện tử công suất + Trong qúa trình nấu lò hiệu tợng tăng cácbon vào thép điện cực + Dới tác dụng lực điện từ (do tơng tác dòng điện xoáy dòng điện cuộn cảm) kim loại lỏng lò đợc xáo trộn đồng thời đảm bảo đợc tạp chất phi kim loại thép Ngoài quấy trộn kim loại lỏng mạnh, xỉ tạp chất phi kim loại đợc đẩy lên mặt thép, dễ lấy khỏi lò + Năng suất lao động cao, tốn lợng điện lò hồ quang lò điện trở Qua phân tích nguyên lý làm việc, truyền nhiệt, u điểm khuyết điểm loại lò điện suốt trình luyện thép Kết hợp với số liệu đề tài, ta chọn đề tài lò tần số có nhiều u điểm, đáp ứng đợc theo yêu cầu đề tài Lò cảm ứng đợc phân loại: a Theo tần số làm việc + Lò cảm ứng tần số công nghiệp lấy điện từ lới máy biến áp + Lò trung tần với tần số làm việc 500 ữ 1000 Hz dùng Thyristor + Lò cao tần với tần số làm việc > 10000 Hz dùng đèn phát Tranristor b Theo phạm vi sử dụng + Lò nấu chảy kim loại hợp kim + Lò nung phôi cho rèn, dập, cán + Lò bề mặt + Lò nung, sấy chất điện môi bán dẫn Theo số liệu đồ án ta thấy tần số f = 1000 Hz Do ta chọn lò nấu thép theo phơng pháp cảm ứng trung tần để làm tải nghịch lu (bộ biến tần) Đặc điểm công nghệ nấu thép lò cảm ứng: Trong trình nung nóng thép bị thay đổi điện trở suất độ từ thẩm à, lò nấu chảy diễn thay đổi hình dạng vật thể Đồ án môn học Điện tử công suất bị nung nấu làm nóng chảy vật liêụ lò Mức độ thay đổi thông số hệ thống cuộn cảm, vật thể bị nung nóng đợc xác định biểu thiết bị cảm ứng Cụ thể lò nấu chảy, thiết bị nung hoạt động theo chu kỳ thiết bị Vật thể bị nung nóng toàn tới nhiệt độ tận thông số thay đổi nhiều Sự thay đổi thông số thiết bị nấu chảy diễn phức tạp, liên quan đến thay đổi hình dạng vật thể cần nung nóng Trong qúa trình nấu chảy, chia thời gian nấu chảy thành giai đoạn: * Giai đoạn 1: Nung mẻ vật liệu từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ 700 ữ 8000C Vật liệu có hình dạng cục rời thỏi đúc Hình dạng vật thể cần nung giai đoạn không biến đổi Trờng điện từ tồn khê cục rời, mẻ vật liệu có bề mặt phát triển trị số lớn nên tiêu thụ công suất đạt gía trị cực đại * Giai đoạn 2: Nung mẻ vật liệu từ nhiệt độ 800 0C đến nhiệt độ 1000 ữ 11000C thời điểm vật liệu bị nấu chảy thành thể chung độ từ thẩm 1, điện trở suất tăng Trờng điện từ không lọt vào bên vật liệu * Giai đoạn 3: Nung từ nhiệt độ nấu chảy vật liệu tới hết nóng chảy, coi mẻ vật liệu nh thể liền khối (theo hình dạng nồi) kim loại chuyển dần sang trạng thái lỏng, điện trở suất tiếp tục tăng khe hở giảm nồi đợc điền đầy kim loại à Quan hệ (T0): (T0) à0 o 800 1000 T Đồ án môn học Điện tử công suất Đồ án môn học Điện tử công suất Phần II: Lựa chọn phơng án II Chọn nguồn: Bộ nguồn cho lò cảm ứng nguồn có tần số cao Nguồn điện cao tần tạo nhiều phơng pháp - Dùng máy phát điện tần số cao: Do hạn chế kích thớc số vòng quay nên giải tần máy phát điện quay không lớn 10 KHz Hiệu suất máy đạt 70 ữ 80 % + Ưu điểm nguồn đơn giản cấu trúc, độ tin cậy, dễ sử dụng, làm song song với máy phát (cùng) công suất lớn Nhng thiếu sót nguồn phần tử quay nên khó sửa chữa, điện tích lắp đặt lớn, làm việc ồn, hiệu suất thấp tải nhỏ, hệ thống làm mát bôi trơn phức tạp, không thay đổi tần số phát - Dùng đèn phát điện tử Đèn phát tần số dùng thiết bị gia nhiệt tần số thờng đèn cực chân không Tần số phát từ vài chục KHz đến hàng trăm MHz + Khuyết điểm quan trọng đèn phát hiệu suất thấp tuổi thọ Sợi đốt tiêu thụ từ ữ 30% công suất đèn Năng lợng từ lới điện phải qua nhiều khâu tới vật gia nhiệt, hiệu suất thấp - Dùng Thyristor Sử dụng tốt lò trung tần có công suất vừa nhỏ, ngày trớc phát triển ngày cao lò điện cảm ứng việc dùng Thyristor làm biến đổi cao tần cấp nguồn cho lò nằm xu chung Với nguồn Thyristor dòng điện có tần số công nghiệp đợc biến đổi thành dòng điện có tần số cao Từ phơng pháp tạo nguồn điện trung tần phơng pháp tạo nguồn cho lò trung tần nghịch lu dùng Thyristor phù hợp với đề tài: 10 Đồ án môn học Điện tử công suất Tụ C mắc song song nối tiếp với tải - Nguyên lý: Là trình xảy mạch qua van đợc đặc trng trình phóng nạp tụ điện mạch tạo nguồn cung cấp cuộn cảm có thành phần tải Quá trình phát xung vào cặp van V1V4 V2V3 lệch 1800 sau chu kỳ trình lại đợc lặp lại Khi Thyristor trạng thái thông, tần số riêng vòng cộng hởng f0 tần số xung kích Thyristor f liên hệ với qua biểu thức f0 > f Chính trình dao động phóng nạp tụ C (gần với quy luật hình sin) kết thúc trớc mở cặp van thời gian dòng tải Thời gian cần thiết để đóng toàn phần cặp Thyristor trớc kích thông cặp V14 Từ ữt1 mở van V1, V4 tải có dòng qua tụ C đợc nạp đầy điện, t1các van V1V4 bắt đầu khoá o Từ t1 ữ (t2) Tvan khoá hoàn toàn, thời gian tụ C0 phóng điện, V23 tới điện áp, Ua cặp van V2V3 bắt đầu mở đầu khoá Từ ữ t3o van V2V3 mở tụ C nạp điện tới t3, V3 V2 bắt e + Uld +phóng Utải) tụ C bắt(Uđầu điện, trình lặp lại nh sau chu kỳ Uv E o t1 t2 t3 E t4 t5 t6 itải o iv o Uc Ucm o Ucm Uv14 18 Ucm + E o Ucm - E Đồ án môn học Điện tử công suất Khi dòng dao động giảm không V1V4 khoá lại UV1V4 = U c max E để khoá van hoàn toàn Uc > Ed Từ phân tích chế độ nghịch lu ta thấy trình nấu chảy thép lại dần từ tính nên nghịch lu thích hợp với tải nghịch lu dòng điện cầu pha Mặt khác để truyền lợng từ phía chiều sang phía xoay chiều lớn nghịch lu dòng điện cầu pha phải làm việc chế độ cộng hởng song song Do ta chọn phơng án nghịch lu độc lập nguồn dòng điện làm việc chế độ cộng hởng song song Ld/2 T1 T3 T1 T3 T5 C Zt T4 T6 Lt T2 Ld/2 T2 T4 19 Đồ án môn học Điện tử công suất Phần III tính toán mạch lực Bộ nghịch lu cho lò nấu thép Công suất lò Pđm = 250 KW (vòng cảm ứng) Điện áp Ura = 1000 V Dòng điện Ira = 500 A Tần số f = 1000 Hz Theo công thức công suất tác dụng: P = U.I.Cos Pdm ( lo ) Pđm(lò) = Ura.Ira.CostảI Costải = U I ra = 250.10 = 0.5 tải = 600 1000.500 8000 I Chọn van nghịch lu Để nâng cao khả làm việc van chọn phơng án làm mát nớc, dùng hệ thống bơm nớc tuần hoàn * Tính dòng điện chọn van: + Dòng tính toán qua van: Ittvan = I tai 500 = = 250 A 2 + Chọn hệ số dự trữ dòng điện ứng với điều kiện làm mát nớc: 20 Đồ án môn học Điện tử công suất Ki = 1,4 Itbttvan = Ki Ittvan = 1,4 x 250 = 350 A * Tính điện áp ngợc cực đại van: + Chọn hệ số dự trữ điện áp Ku = 1.4 Ungmaxtt = Ku Ura = 1,4 1000 = 2000 V * Tính tq van: Để khoá đợc van tq < tk Từ tải = 600 = 1.05 rad ta có tk = 1,05 = = 16,6 às 2f 2.3,14.1000 Để đảm bảo van khoá chắn chọn tq = tk ( tq thời gian phục 1.6 hồi van) tq = 16.6 = 10 às 1.6 Chọn van: từ tham số tính toán tra sổ tay chọn van T400 Nga chế tạo có thông số kỹ thuật sau: Iđ = 400 A Irò= 20 mA Un= 2500 V Iđk= 500mA Uđk= 4V tq = às Vậy chọn Thyristor loại T400 Nga chế tạo II Tính điện cảm L cuộn kháng lọc Điện cảm lọc cho mạch chỉnh lu ốt đấu cầu pha ta chọn theo công thức sau: Ud = 6U + cos 6t 35 ( Hệ số nhấp nhô ) = 21 Đồ án môn học Điện tử công suất A C3 = 500 = 66,86 3,14 35 I2a = 0,05.Id = 0,05.280 = 14 (A) Ia = Ld = A C3 ( 6L ) L= A C3 I a 66,86 = 1,79 (mH) 1,414.14.6.50.2.3,14 Chọ cuộn cảm có Ld = 1,79 mH đảm bảo cho dòng Id ổn định Với thiết bị mạch đợc chọn nh mạch hoạt động theo yêu cầu thiết kế, an toàn, có độ bền cao 22 Đồ án môn học Điện tử công suất Phần IV Mạch điều khiển I Sơ đồ khối mạch điều khiển nghịch lu Khâu đồng pha Biến áp cách ly Khâu so sánh sửa xung Khâu chia xung Khâu khuyếch đại Mạch điều khiển có nhiệm vụ tạo xung điều khiển để mở Thyristor công suất, độ rộng hình dạng định đảm bảo mở van cách chắn tin cậy với mợi thay đổi tải Ngoài mạch điều khiển tham gia vào mạch bảo vệ biến đổi trờng hợp cố định II Tính toán mạch điều khiển Khâu đồng pha to xung iu iu khin cú gúc theo yờu cu ta phi cn c vo cỏc tớn hiu dũng v ỏp ti S o : 1T BA1 RA VR12 5K-20w Từ BI Đến R11 1020w RA - o dũng dựng mt bin dũng W1 I2 Bin dũng cú t s vũng dõy : W2 = I 23 Đồ án môn học Điện tử công suất Chn I1 W2 = I W1 = vũng => Dũng ti I1 = 250 (A) Chn I2 = 0,5 (A) I 250 W2= I = 0,5 = 500 (vũng) U 34 Chn U34 = (V) => R = I = 0,5 = 10() * S dng mỏy bin ỏp o ỏp W1 Utai 1000 Cú t s vũng dõy W = U = 10 12 => Chn W1 = 4500 (vũng) W2 = 45 (vũng) => U12 = 10 v Tớn hiu P= U1ra1 +U1ra2 = 10 + = 15 (V) Biến áp cách ly Lấy tỉ số 1/1 Điều chỉnh biến trở cho : UBA =15 (V) Biến áp cách ly : đa tín hiệu đồng pha vào khâu so sánh đảm bảo cách ly tốt mạch điều khiển mạch lực 40 15 U W1 15 600 = = = = -> U W2 15 40 600 15 W1 = W2 = 600 (vòng),dòng iện dòng tín hiệu vào cực nhỏ cần dây d = 0,11 mm Lõi ferit hình E tiết diện cực = 1cm 2, cạnh bên = (0,5 + 0,5) cm2 1vào 2ra 1vào 2ra 24 Đồ án môn học Điện tử công suất Khâu so sánh Khâu so sánh dùng so sánh dùng tạo xung điều khiển từ tín hiệu đồng pha đua vào dùng khuếch đại thuật toán OA339, hai điốt D1 D2 chống áp cho đầu vào thuật toán R32 10K 2vào 20K 2vào - D R33 D 3ra + R34 10K R35 5K Khâu chia xung Sử dụng hai mạch : Mạch lặp mạch đảo + Mạch lặp : lặp lại tín hiệu mạch so sánh, đa tín hiệu xung tới mạch khuyếch đại xung + Mạch đảo : đảo lại tín hiệu xung cấp tín hiệu xung cho mạch khuyếch đại xung Với mạch chia xung đảm bảo tín hiệu xung Thyristo lệch pha so với Thyristo góc 1800 25 Đồ án môn học Điện tử công suất + 4ra - 3vào 10K - 4ra + 10K Khuyếch đại phát xung 5.1 Biến áp xung Với Ig = 0,3 A Ug = 4V => U2 = V ( trừ sụt áp điôt ) Vì sụt áp diot 1V bảo đảm ổn định nhiệt cho biến áp xung biến áp xung không bị bão hoà Chọn biến áp U2 = V, I2 = 0,4 A U2 = = 0,5 U 12 Chọn biến áp Pherít = 0,25 ; H = 30 A/m Vì từ hoá phần trên-> xung điện TX > 18 às Dòng điện cuộn I2 , cuộn lấy 0,5 Iđk I2 = 0,5 ; V = Iđk = 0,8 A k ba U I dk t x U x 2.6.0,3.18.10 6.0,1 = B H 0,2.30 = 1,5 cm3 => S = 0,43 mm2 => tiết diện dây Q= Ig I / mm = 0,3 = 0,1mm 26 Đồ án môn học Điện tử công suất d = 0,18 mm chọn dây 0,21 men W = U1 t x 12.18.10 = = 26 vòng B S BA 0,2.0,43.10 W2 = 26 0,5 = 13 vòng Iđk = 0,3 A -> Ic = 0,15 A 5.2 Dòng Tranzito khuếch đại xung Đảm bảo cho Tranzito làm việc an toàn nhiệt điện V = K ba U .I dk Tx U ũ B.H Biến áp lõi Pherit V = 2.6.0,5.20.10 6.0,1 = 2.10 m3 = 2cm3 0,2.30 Lấy B = 0,2 T ; H = 30 Lõi chữ E ký hiệu 2213; trụ có thiết diện SB = 0,635 cm2 W = U Tx 12.20.10 = = 59 vòng B.S B 0,2.0,635.10 W1 lấy 60 vòng U1 = 2U2 => W2 = 0,5 W1 = 0,5 60 = 30 vòng U1 I1 = 0,5 U2 I2 = U2 I2 I1 = U I 6.1 = = 0,5 A =IC U1 12 Dòng I2 hiệu dụng 0,5 dòng điện Iđk Có hai xung phát cuộn W2 nên lấy hệ số Chọn Transitor có ký hiệu BFY52 IC = 1A PCmax =0,8W Uceo = 20 V Ucbo = 40 V U V max F 15.40 B1 C = = 530 I V max I max 1,2.1 27 Đồ án môn học Điện tử công suất Chọn R1 =0,5 k R2 E C 15 = = 15 I cp +15V BAX1 D53 R55-1 C53 D54 D51 D55 R56-1 R52-10K C54 C51- 0.1àF D56 R51-0.5K Tr1 Tr2- ZTX313 D53: Tách lấy xung dơng D53 : Bảo vệ áp cho cực điều khiển Thyristor Thyristor chế độ khoá di R = : Bảo vệ dt cho cực điều khiển Thyristor 6, Nguồn chiều Sử dụng biến áp 220/17,5V Diode IN4001, Itb = 1A ; Ung = 100V Sử dụng vi mạch LM7815C UR = 15V UVmax = (17ữ30)V Chọn công suất P = U I = 25 (2Iđk + 2IC + IB + IF ) = 4Iđk = 0,3 = 1,2A 28 Đồ án môn học Điện tử công suất Lấy P =1,5 25 = 37,5 W cos = 0,8 S= ; = 0,8 P 37,5 = = 58VA cos 0,8 0,8 S1 = 60VA Lấy nh để đảm bảo ổn định nhiệt cho biến áp 7815 Uc Uv 220V 0,1àF 100àF + + 2200àF +15V Uv U c 19V Uc 29 Đồ án môn học Điện tử công suất Phần V Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống I Khởi động mạch lực Yờu cu ca mch lc l phi c ng t tn s thp n tn s cao, ta s phõn tớch c ch ca b phõn ng: Khi cp in cho c mch lc v mch iu khin, n nỳt ng b phn ng Cụng sut mch lc c o v qua khõu chnh lu nhanh cú mt tớn hiu in ỏp dng v cú giỏ tr t l vi giỏ tr ca cụng sut Khõu PI so sỏnh giỏ tr ca cụng sut t trc P t vi giỏ tr hi tip v ca cụng sut mch lc Khi mch bt u hot ng thỡ cụng sut ca ti s tng dn t giỏ tr 0, vy u ca khõu PI s cú in ỏp rt ln , tớn hiu ny c hn ch qua khõu hn ch ( khõu hn ch s c thit k cho tớn hiu ln nht i qua nú tho tn s to < 2f mch lc hot ng hiu qu nht) B phn chuyn mch s ngt tớn hiu ln ny nh mt dit v ly tớn hiu ca phn ng Khi nhn nỳt ng, tớn hiu in ỏp khõu ng tng dn Phn chuyn mch cho tớn hiu ny i vo khõu VCO , tn s ca khõu VCO s tng dn vy xung cp cho van Thyristor cú tn s tng dn Mch s c ng Khi cụng sut ti tng dn n giỏ tr nh mc, tớn hu PI s gim dn P tai = Pdinh muc Tớn hiu t khõu ng tng dn Sau thi gian ng khõu chuyn mch s ngt tớn hiu khõu ng v cho tớn hiu t khõu hn ch qua II Hoạt động lò tải thay đổi Khi mch hot ng ch nh mc m ti cú s thay i thỡ tớn hiu hi tip v thay i, s thay i ú so vi giỏ tr nh mc t trc c khuych i qua khõu PI , tớn hiu a n khõu VCO s lm thay i tn s 30 Đồ án môn học Điện tử công suất u Vớ d cụng sut ti thp hn cụng sut t trc , s cú tớn hiu hi tip v khõu PI , tớn hiu ca khõu ny ti khõu VCO v tn s tng lờn lm cụng sut ti tng lờn V ngc li; dn dn mch tr v trng thỏi lm vic n nh v cụng sut ca ti s giỏ tr t 31 Đồ án môn học Điện tử công suất Tài liệu tham khảo in t cụng sut - Nguyn Bớnh Giỏo trỡnh in t cụng sut - Trn Trng Minh Phõn tớch v gii mch in t cụng sut - Phm Quc Hi Dng Vn Nghi Hng dn thit k mch in t cụng sut - Phm Quc Hi Truyn ng in v iu chnh t ng - Phm Quc Hi Dng Vn Nghi Nguyn Vn Lin Bựi Quc Khỏnh 32 [...]... Điện tử công suất Phần III tính toán mạch lực Bộ nghịch lu cho lò nấu thép Công suất lò Pđm = 250 KW (vòng cảm ứng) Điện áp ra Ura = 1000 V Dòng điện ra Ira = 500 A Tần số f = 1000 Hz Theo công thức công suất tác dụng: P = U.I.Cos Pdm ( lo ) Pđm (lò) = Ura.Ira.CostảI Costải = U I ra ra = 250.10 3 = 0.5 tải = 600 1000.500 à à 8000 I Chọn van nghịch lu Để nâng cao khả năng làm việc của van chọn phơng... toàn thì Uc > Ed 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 năng lợng từ phía một chiều sang phía xoay chiều là lớn nhất thì nghịch lu dòng điện cầu 1 pha phải làm việc ở chế độ cộng hởng song song Do đó ta chọn phơng án nghịch lu độc lập nguồn dòng điện làm việc ở... 2 ( 6L ) L= A C3 2 I a 6 66,86 = 1,79 (mH) 1,414.14.6.50.2.3,14 Chọ cuộn cảm có Ld = 1,79 mH đảm bảo cho dòng Id ổn định Với các thiết bị của mạch đợc chọn nh trên thì mạch sẽ hoạt động theo đúng yêu cầu thiết kế, an toàn, có độ bền cao 22 Đồ án môn học Điện tử công suất Phần IV Mạch điều khiển I Sơ đồ khối mạch điều khiển nghịch lu Khâu đồng pha Biến áp cách ly Khâu so sánh sửa xung Khâu chia xung... cấp và các cuộn cảm có trong thành phần của tải Quá trình phát xung vào các cặp van V1V4 và V2V3 lệch nhau 1800 và sau một chu kỳ quá trình lại đợc lặp lại Khi các Thyristor ở trạng thái thông, tần số riêng của vòng cộng hởng f0 và tần số của các xung kích Thyristor f liên hệ với nhau qua biểu thức f0 > f Chính vì thế quá trình dao động phóng nạp tụ C (gần với quy luật hình sin) sẽ kết thúc trớc khi... chắn thì chọn tq = tk ( tq là thời gian phục 1.6 hồi của van) tq = 16.6 = 10 às 1.6 Chọn van: từ các tham số tính toán trên tra sổ tay chọn van T400 do Nga chế tạo có các thông số kỹ thuật sau: Iđ = 400 A Irò= 20 mA Un= 2500 V Iđk= 500mA Uđk= 4V tq = 9 às Vậy chọn 4 Thyristor loại T400 do Nga chế tạo II Tính điện cảm L của cuộn kháng lọc Điện cảm lọc cho mạch chỉnh lu đi ốt đấu cầu 3 pha ta chọn... chiều (từ nghịch lu độc lập sang chỉnh lu điều khiển) b Tải có tính chất cảm kháng (Dòng điện tải chậm pha so với tải 1 góc t) 15 Đồ án môn học Điện tử công suất Ut Ut Utaỉ Ed it v1 v4 o D1 D4 D 2 v2 v3 D3 Iv1 v1 v4 D2 D3 uv1Iv1 Ed 2 3 t it Uv1 t o uD1ID1 ID1 t UD1 -Ed id ID1 t o * Nguyên lý hoạt động: Từ đồ thị ut, it kết hợp với chiều quy ớc trên sơ đồ nguyên tắc, xác định đợc miền dẫn của van... Điện tử công suất Pđm = 250 KW Ura = 1000V Ira = 500A f = 1000 Hz II Chọn phơng án nghịch lu: A Nghịch lu độc lập nguồn dòng điện cầu 1 pha a Tải tính chất dung kháng Ld Id A V1 V3 V+ Ed Uv T2 V2 + b V4 K Các van V1, V2, V3, V4 có thể là van điều khiển hoàn toàn hoặc là van điều khiển không hoàn toàn Nguyên lý làm việc của mạch Ban đầu mạch điều khiển phát xung cho 4 van, bằng quy luật đóng mở các van... bức do đó các van V1ữ V4 là van điều khiển hoàn toàn Nếu sử dụng Thyristor thờng thì phải đặt tụ song song với điện cảm để tạo ra tính chất tải dung kháng Từ đồ thị Uv ta có Uv = Ud = 2 2U 2 cost do đó khi mà t > /2 thì Ud < 0 tức là đổi chiều điện áp trung bình đầu vào nghịch lu B Nghịch lu độc lập nguồn áp cầu 1 pha I1 + V1 D1 I+ Ed uc V3 D3 b z t D2 V2 V4 D4 Các van V1 ữ V4 có thể là van điều khiển... Điện tử công suất Với Ut = 2 U2.sint Khi t > thì Ud < 0 nghĩa là mạch từ chế độ nghịch lu độc lập sang 2 chế độ chnh lu điều khiển (năng lợng chuyển từ phía xoay chiều sang phía một chiều) Góc t là thời gian đặt điện áp ngợc lên Thyristor là thời gian để van khôi phục tính chất điều khiển tmin 2ftq b Tải có tính chất cảm kháng o Uv1Iv1 Ut Utaỉ it Iv1 t it Uv1 t o uv =uAK t o Dạng dòng điện ra... toán qua van: Ittvan = I tai 500 = = 250 A 2 2 + Chọn hệ số dự trữ dòng điện ứng với điều kiện làm mát bằng nớc: 20 Đồ án môn học Điện tử công suất Ki = 1,4 Itbttvan = Ki Ittvan = 1,4 x 250 = 350 A * Tính điện áp ngợc cực đại trên van: + Chọn hệ số dự trữ điện áp Ku = 1.4 Ungmaxtt = Ku 2 Ura = 1,4 2 1000 = 2000 V * Tính tq của van: Để khoá đợc van thì tq < tk Từ tải min = 600 = 1.05 rad ta có tk =