Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Khi lợng khí bụi đi qua vùng điện trờng đợc tạo ra giữa các bản cực , các hạt bụi sẽ bị nhiễm điện tích tuỳ theo trờng hợp thanh gai nhọn phóng điện là âm hay dơng .Các hạt bụi mang điện

Ch ơng I Giới thiệu quy trình sản xuất của nhà máy1.1.Giới thiệu chung về công ty xi măng Duyên Linh:

Công ty xi măng Duyên Linh đợc khởi công xây dựng từ năm 1979 do Sở XâyDựng Hải Dơng thiết kế và xây dựng với dây chuyền công nghệ sản suất xi măngbằng phơng pháp thủ công là chính Công ty xi măng Duyên Linh có trụ sở tại xã DuyTân, huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dơng Nằm trên diện tích 10ha cách quốc lộ 5A10Km về phía Tây, có vị trí địa lý thuận tiện nằm bên dãy núi đá vôi đ ợc bao bọc bởSông Kinh Thày Rất thuận lợi cho việc khai thác nguyên liệu đợc sử dụng là nơi vạnchuyển hàng hoá, vật t nguyên liệu cho công ty, có hệ thống đờng bộ đợc bê tông hoá

là nơi vận chuyển đất đá và sản phẩm đi tiêu thụ Năm 1995 đợc sự quan tâm chỉ đạocủa Đảng và nhà nớc ,công ty đã đầu t một dây chuyền sản xuất xi măng có công suất8.8 vạn tấn/năm và đa vào hoạt động từ năm 1996 Thiết bị và công nghệ đợc đầu tban đầu đợc nhập khẩu hoàn toàn từ Trung Quốc với tổng giá trị vốn đầu t là 39 tỷ

đồng Sau gần 10 năm hoạt động cho đến nay công ty đã có nhiều thay đổi,nâng cấp

và sửa chữa tiết bị cũng nh dây chuyền công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả kinh tếtrong quá trình sản xuất

Trải qua nhiều năm hoạt động,đội ngũ cán bộ công tác ngày càng trởng thành cả

về chất lợng cũng nh số lợng,sản phẩm đạt chất lợng caoCông ty xi măng Duyên Linhvói việc sản xuất xi măng Pooclăng đang đợc ngời tiêu dùng trong tỉnh cũng nh trongcả nớc mến mộ và tiêu dùng.Vớ đội ngũ cán bộ công nhân viên giàu kinh nghiệmcùng với lòng quyết tâm yêu nghề đã đa nhà máy luôn đạt danh hiệu là đơn vị đi đầutrong ngành xi măng trong khu vực Với cơ cấu sắp xếp cán bộ hợp lý đã đa công tyhoạt động có hiệu quả cao,xứng đáng là đơn vị vững mạnh trong công tác tổ chứccông đoàn và đoàn thanh niên trong khu vực.Với phơng châm phấn đấu sản xuất vàtiêu thụ 8.8 vạn tấn/năm trong nhiều năm liền nhà máy đã hoạt động hết công suất đểhoàn thành chỉ tiêu đã đề ra

Trong thời gian gần đây Công ty xi măng muốn đầu t nâng cấp dây chuyền nhằm

đảm bảo đủ sản lợng để cung cấp cho thị trờng tiêu thụ trong nớc ,đặc biệt là trongtỉnh Hải Dơng và một số tỉnh lân cận.Với mạng lới tiêu thụ rộng rãi sản phẩm củacông ty đợc nhiều ngời tiêu dùng trong nớc tin tởng sử dụng Ngoài trung tâm giaodịch tiêu thụ chính.Công ty còn có các chi nhánh ở các tỉnh thành,để thuận lợi cho ng-

ời tiêu dùng

1.2 Quy trình sản xuất xi măng của nhà máy.

1.2.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu.

Nguyên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu là đá vôi,đá vôi đợc khai thác bằngphơng pháp nổ mìn,sau đó dùng máy súc và xe tải chuyên dùng đổ vào phễu tiếpliệu.Lúc này đá có kích thớc là 350 mm.Từ phễu tiếp liệu,băng tải xích chuyển đá quamáng kẹp hàm.Đá sau khi qua kẹp hàm có kích thớc là 80 mm Ngoài ra còn có cácloại phụ gia khác nh than, đất, quặng sắt, thạch cao Với điều kiện thuận lợi là nguyênliệu ở gần sát nhà máy, đá sau khi đợc khai thác đợc hệ thống các băng tải cao su vậnchuyển về nơi tập kết và đợc phân loại (đá vôi đen, đá vôi xanh), kiểm tra chất lợng.

Đá đạt chất lợng có kích thớc giới hạn là 350 mm

Sau khi qua công đoạn đập đá lần 1, đá đợc hệ thống băng tải cao su đa vàomáy đập búa để thực hiện công đoạn đập đá lần 2 Qua khỏi công đoạn này, đánguyên liệu đạt kích thớc 25 mm và đợc hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào các silo 1 và2

Các loại phụ gia khác thì đợc đa từ các nơi về và tập kết ở kho chứa phụ gia.qua công đoạn đập nhỏ, sấy, sàng phân loại để có đợc kích cỡ quy định tạo điều kiệncho máy nghiền đạt năng suất sau đó đợc đổ vào các silo 3 và 4

Riêng phụ gia đá thạch cao thì cũng nh đá nguyên liệu (đá vôi) đợc máy kẹphàm đập nhỏ rồi đợc gàu tải xúc lên chứa trong silo 5

1.2 . 2 Công đoạn phối và nghiền nguyên liệu.

Máy nghiền liệu có công suất thiết kế là 24 tấn/giờ.vật liệu vào máy có kích

th-ớc < 40 mm,độ ẩm tối đa < 10%.Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lợngsản phẩm của công nghệ sản xuất xi măng lò đứng Đảm nhận công đoạn quan trọngnày chính là hệ thống cân băng định lợng điều khiển bằng máy vi tính Hệ thống gồm

6 bộ cân băng đợc đặt dới đáy các silo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến miệngmáy nghiền là : Đá 1, đá 2, than, quặng sắt, thạch cao Nhiệm vụ chính của các cânbăng đáp ứng sự ổn định về lu lợng và điều khiển lợng nguyên liệu cấp này sao chophù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra

Nguyên liệu từ đáy các silo đợc trút lên mặt các băng tải cân băng, qua hệthống cấp liệu Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau (vận chuyểncác nguyên liệu khác nhau với 1 lu lợng khác nhau) nhằm mục đích khống chế và

điều chỉnh (tốc độ băng) sao cho lu lợng liệu nhận đợc ứng với giá trị đặt trớc, theoyêu cầu công nghệ sản xuất với sai số bé hơn hoặc bằng giá trị cho phép

Hệ thống 6 cân băng định lợng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao su vàbăng tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã đợc phối) đổ vào máy ngiền bithực hiện nghiền thành bột liệu Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn (về kích thớc) sẽ đợc

hệ thống gầu tải xúc lên đổ vào cá silo chứa, các hạt cha đạt (có độ mịn > 10% trên

1.2.3 Công đoạn nung luyện clinke.

Đây là 1 trong những công đoạn quyết định chất lợng của sản phẩm Bột liệu

đ-ợc lấy ra và đđ-ợc đồng nhất bằng hệ thống rút liệu,sau đó qua hệ thống máy trộn ẩm

đạt độ ẩm 60% rồi đa vào máy vê viên kiểu sàng quay Những viên liệu có kích cỡ 6

 8 mm sẽ đợc đổ xuống 1 băng tải cao su rồi đa vào hệ thống cấp liệu cho lò nung,các viên liệu đợc cấp vào lò bằng cách rãi đều từng lớp một và đợc nung ở nhiệt độ

1500oC tạo thành clinke.Clinke ra khỏi lò có nhiệt độ cao và đợc làm nguội qua hệthống làm mát đến khoảng 150 độ, sau đó đợc rút ra bằng hệ thống máy ghi xả Lúcnày các viên liệu đã trở thành clinke và dính vào nhau thành từng tảng có kích thớckhoảng 80  100 mm Hệ thống ghi xả sẽ xả clinke nóng lên băng tải xích tấm đặtngay dới đáy lò và các tảng clinke đợc đa vào máy kẹp hàm clinke để đập nhỏ Tuỳtheo chất lợng clinke tốt hay xấu mà đợc đa vào chứa trong các silo riêng (Để ủ sau 7

đến 15 ngày trớc khi rút ra và phối với các lợng phụ gia khác nhau để đa vào nghiền

Dới đây là sơ đồ khối dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng Duyên Linh:

Si lô1

Máy hút

M¸y hót bôi NghiÒn nguyªn liÖu

H¹t th«

Th¹ch cao

Phô gia

§Ëp, n¹pM¸y hót bôi

Hình 1.1 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy

1.3 Giới thiệu về lọc bụi tĩnh điện cho khu vực đóng bao xi măng.

1.3.1 Giới thiệu chung

Lọc bụi tĩnh điện là một trong những giải pháp hữu ích để hạn chế ô nhiễm môi ờng, bởi khi có hệ thống lọc bụi này thì các chất thải vấ các hạt bụi sẽ đợc lọc trớc khithải ra môi trờng Tuy nhiên bên cạnh những u điểm đó, lọc bụi bằng lọc bụi tĩnh

tr-điện cũng có một số nhợc điểm nhất định đó là: hệ thống lọc bui tĩnh tr-điện phải thiết

kế nguồn một chiều từ lới xoay chiều,nên kinh phí đầu t rất lớn Lọc bụi tĩnh điện làmột hệ thống các thiết bị đợc sử dụng để làm sạch khí thải do các nhà máy , xí nghiệpcông nghiệp thải ra Lọc bụi tĩnh điện có thể xử lý một lợng khí thải lớn với các đối t-ợng khí có tham số nhiệt độ , áp suất , lợng bụi và kích thớc hạt bụi khác nhau Bộlọc bụi tĩnh điện có thể sử lý bụi ở các trạng thái khô hoặc ớt , hiệu quả lọc có thể đạttới 95 %

1.3.2 Nguyên lý lọc bụi

Khi lợng khí bụi đi qua vùng điện trờng đợc tạo ra giữa các bản cực , các hạt bụi

sẽ bị nhiễm điện tích tuỳ theo trờng hợp thanh gai nhọn phóng điện là âm hay dơng Các hạt bụi mang điện tích này sẽ bị hút vào bản cực mang điện tích trái dấu tạo thànhlớp bụi Lớp bụi sẽ đợc tích đến một độ dày nhất định , sau đó sẽ dùng phơng pháprung để các hạt bụi rơi ra khỏi điện cực xuống các thùng chứa Qúa trình lọc bụi cơbản bao gồm nh sau :

Tạo điện trờng nạp điện cho các phần tử

- Phát điện vầng quang : các electron tự do Khi điện áp tăng đến một giá trịnhất định thì sẽ tạo ra điện vầng quang.Các electron tự do đợc tạo ra bởi dòng vầngquang ra khỏi điện cực âm Chúng di chuyển ngày càng nhanh hơn và ra xa điện cựcnạp.Trong quá trình di chuyển làm chúng va chạm với các phân tử khí, sẽ mất cácphân tử mất electron (e) trở thành I on (+) Trong qúa trình này xảy ra gần điện cựcnạp và chúng tạo ra ngày càng nhiều các electron, các điện tử này không va đập vớicác phân tử khí, mà di chuyển về phía điện cực hút đối diện với điện cực nạp Khi hạtbụi chạm đến điện cực hút , điện tích nạp của nó sẽ bị trung hoà một phần vào điệncực hút , một phần còn lại sẽ tham gia vào việc tạo lực liên kết phân tử để giữ các hạt

bụi trên bề mặt bản cực Lớp bụi sẽ dày đến một chiều dày nhất định , sau đó sẽ đợc

động cơ rung rụng xuống buồng lắng bụi ở phía dới

1.3.3 Cấu tạo của lọc bụi tĩnh điện khu vực đóng bao.

Lọc bụi tĩnh điện của khu vực đóng bao gồm có các bộ phận chính nh sau

- Điện cực hút

- Điện cực nạp

- Hệ thống cấp điện áp cao

- Bộ đập

- Buồng chứa, Gía đỡ

Điện cực nạp: Cấu tạo của điện cực nạp gồm có các khung thép trên đó có gắn

các cây gai nhọn , điện cực nạp đợc đấu với cực âm của điện áp một chiều sau khi quachỉnh lu

Điện cực hút: Đợc xen giữa các điện cực nạp là các điện cực hút, Điện cực hút

là các tấm thép các bon mỏng khoảng 5mm Các hạt bụi sau khi đi vào vùng điện ờng đợc tạo ra giữa các điện cực sẽ bị nhiễm điện tích âm và bị hút vào các tấm cực

tr-và bị dính lại ở các tấm cực đó,tạo thành một lớp ngày càng dày lên, sau đó nhờ bộrung,các bụi sẽ đợc rơi xuống buồng lắng đặt ở ngay dới,nhờ hệ thống vít tải đa trở lạiboongke chứa xi măng

Hệ thống cấp điện cao áp : Thiết bị này xác định và điều khiển cờng độ điện

tr-ờng giữa điện cực nạp và điện cực hút.ở đây ngời ta sử dụng bộ cung cấp nguồn gồm 3

bộ phận: Máy biến áp tăng áp, bộ chỉnh lu điện cao áp và mạch vòng đo lờng điềukhiển

Bộ gõ: Gồm có hai động cơ rung đợc lắp ở hai đầu thùng chứa, trên đó có gắn

các búa văng ứng với các tấm điện cực hút Mỗi vòng quay các búa văng sẽ đập tới cáctấm mang điện cực hút làm cho bụi rơi xuống buồng chứa

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Buồng chứa và giá đỡ: Là nơi chứa bụi tạm thời sau khi bụi đợc gõ rơi khỏi

điện cực, sau đó bụi sẽ qua các van sả cánh xoay xuống vít tải, qua gầu tải và hồi vềsilô chứa.V1, V2 là hai Tiritor đấu song song ngợc các mạch điều áp xoay chiều, điện

áp lới sau đợc điều chỉnh nhờ bộ điều áp xoay chiều sau đó đợc nâng lên điện áp caokhoảng 72kV nhờ biến áp lực T0 sau đó đợc chỉnh lu thành điện áp 1 chiều nhờ cầnchỉnh lu Do các điôt của cầu chỉnh lu phải chịu điện áp rất cao do vậy cần chỉnh lunày gồm nhiều các điôt mắc nối tiếp với nhau

Sau khi đợc chỉnh lu thành điện áp một chiều sẽ đợc cấp trực tiếp đến các bảncực của lọc bụi

Cực mang điện áp dơng sẽ đợc nối với bản cực hút là các tấm phẳng Điện áp

âm sẽ đợc nối với bản cực mang nhiễu mũi nhọn

ch ơng 2 Phơng pháp chỉnh lu và điều áp xoay chiều một pha2.1 Tổng quan về chỉnh lu và điều áp xoay chiều

Lọc bụi tĩnh điện dùng để lọc bụi ở các nhà máy có độ bụi cao nh các nhà máy

xi măng với mục đích nhằm thu hồi lợng bụi và giải quyết các vấn đề liên quan tớimôi trờng.Do vậy muốn làm đợc điều đó thì ta phải đặt lọc bụi tại nơi có nhiều bụi nhcác ống khói nhà máy là nơi có nhiều bụi và nồng độ các chất độc hại.Một yêu cầu lớn

Bản cực hút

Bản cực nạp

V1

V2

Hình 2.Sơ đồ khối hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Trên sơ đồ trên điện áp lới là điện áp 2 pha 220 V,bộ điều khiển điện áp cấp chocác bản cực là bộ điều áp xoay chiều.Khâu tiếp theo là máy biến áp sẽ khuếch đại điệnthế lên mức cần thiết (từ 20 đến 75 KV).Sau đó điện áp này đợc chỉnh lu thành điện ápmột chiều cấp cho các cặp má cực

Phơng trình đặc tính của hệ thống:

U C q C

q

U   

Trong đó :

C : điện dung của tụ

Q : điện tích giữa hai bản cực

2.2 Các phơng pháp điều khiển điện áp xoay chiều

Các phơng pháp điều khiển điện áp xoay chiều gồm có :

 Điều khiển điện áp xoay chiều một pha : phơng pháp này áp dụng chonhững trờng hợp có công suất nhỏ dới 10 KW Ta sẽ đi vào tìm hiểu từng sơ đồ để lựachọn sơ đồ thích hợp

 Điều khiển điện áp xoay chiều 2 pha : phơng pháp này áp dung chonhững trờng hợp yêu cầu công suất lớn Phơng pháp này có rất nhiều sơ đồ khácnhau Tuy nhiên trong phạm vi đồ án này ta không đi vào tìm hiểu phơng pháp điều ápnày

*Các sơ đồ về điều áp xoay chiều một pha.

Mạch động lực bộ điều áp xoay chiều nói chung có một số sơ đồ kinh điển.Trên hình 2.1 a là điều áp xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một

điện kháng hay điện trở phụ (tổng trở phụ ) biến thiên Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơngiản dễ thực hiện

Điện áp l

ới xoay chiềuBộ điều áp Máy biến áp Bộ chỉnh l u

Tuy nhiên điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít đợc dùng, do hiệu suất thấp (nếu

Zf là điện trở ) hay cos thấp (nếu Zf là điện cảm ) Ngời ta có thể dùng biến áp tựngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 nh trên hình 2.1 b Điều chỉnh bằng biến áp

tự ngẫu có u điểm là có thể điều chỉnh điện áp U2 từ 0 đến trị số bất kỳ, lớn hay nhỏhơn điện áp vào Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn

điện áp vào, thì phơng án phải dùng biến áp là tất yếu Tuy nhiên sử dụng biến áp tựngẫu để điều chỉnh khó thực hiện khi dòng tải lớn, đặc biệt là không điều chỉnh liêntục đợc, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp.Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 2.1 a,b có chung u điểm là điện áphình sin, đơn giản Có chung nhợc điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điềuchỉnh liên tục khi dòng tải lớn Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, cóthể khắc phục đợc những nhợc điểm vừa nêu

Các sơ đồ bán dẫn điều áp xoay chiều trên hình 2.2 đợc sử dụng Lựa chọn sơ đồnào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp cáclinh kiện bán dẫn

Sơ đồ kinh điển hình 2.3với thiết bị biến đổi là cặp tiristor mắc song song ngợcthờng đợc sử dụng nhiều hơn, do có thể điều khiển đợc với mọi dòng tải Hiện nayTiristo đợc chế tạo có dòng điện đến 7000A, thì việc điều khiển xoay chiều đến hàngchục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp ứng đợc

Tuy nhiên việc điều khiển hai Tiristo song song ngợc đôi khi có chất lợng điềukhiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi cungcấp cho tải, mà tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng, chẳng hạn nh biến áp hay

động cơ xoay chiều Khả năng mất đối xứng điện áp khi điều khiển là do linh kiện

Hình 2.2 Các phơng án điều áp một pha

Điện áp phần nửa chu kỳ âm nhỏ hơn phần điện áp nửa chu kỳ dơng.Điều này xảy ra do góc mở 1 của nửa chu kỳ dơng khác với góc mở của nửa chu kỳ âm ,do vậy phần điện áp chảy qua van trong hai nửa chu kỳ là không đối xứng nhau.

Để khắc phục nhợc điểm vừa nêu về việc ghép hai Tiristo song song ngợc, Triac

ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 2.3.b Sơ đồ này có u điểm là, các đờng cong điện

áp ra gần nh mong muốn nh hình 2.3a, nó còn có u điểm hơn về việc lắp ráp ở đâychỉ có một van bán dẫn Sơ đồ mạch này hiện nay đợc sử dụng khá phổ biến trongcông nghiệp Tuy nhiên Triac hiện nay đợc chế tạo với dòng điện không lớn (I <400A), nên với những dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các Triac, lúc đó sẽ

1

2





Một trong những nhợc điểm của triắc hiện nay là về chất lợng Hiện nay chất ợng Triac cha thật cao lắm, do đó việc sử dụng còn làm cho ngời ta lo ngại, trong tơnglai gần chắc chắn việc sử dụng Triac sẽ rộng rãi hơn

Do vậy phơng án lựa chọn phơng pháp điều áp xoay chiều là dùng tiristor mắc

u 2 sin 

Trờng hợp tải thuần trở.

Khi van T1 mở thì một phần của nửa chu kỳ dơng điện áp nguồn đặt lên mạch tải ,còn khi van T2 mở thì một phần của nửa chu kỳ điện áp âm đặt lên mạch tải

Góc mở đợc tính từ điểm đi qua giá trị 0 của điện áp nguồn u

sin R 2

Dòng điện tải không có dạng một hình sin.Khi phân tích Fourier nó gồm thành phần sóng hài cơ bản và các thành phần sóng hài bậc cao.

Thành phần sóng hài cơ bản của dòng điện i chậm pha sau điện áp nguồn một góc 

Hình2.5 Đồ thị điện áp,dòng điện trong trờng hợp tải thuần trở

Điều đó cho thấy rằng ngay cả khi tải thuần trở lới điện xoay chiều vẫn phải cungcấp một công suât phản kháng

Giá trị dụng của điện áp trên tải:

0

i1



2 0

U

2

i2

2

) sin 2 (

2 sin 2 2 R

2 sin 2

2

2

 đến 0

Trờng hợp tải L,thuần cảm.

Khi    cho xung mở T1.Dòng điện tải i tăng dần lên và đạt giá trị cực đại,sau

đó giảm dần xuống và đạt giá trị 0 khi   

Khi Tiristor T1 mở ta có phơng trình:

0

cos 2

sin 2

I L

V i

t V dt

di L

2

Góc đợc xác định bằng cách thay    và đặt i=0





 2 

Hình2.6 Đồ thị điện áp,dòng điện trong trờng hợp tải thuần cảm

Khi      cho xung mở T2

Để sơ đồ làm việc đợc nghiêm chỉnh khi tải thuần cảm phải thoả mãn điều kiện

UT



UT



i1

i2i

Dòng điện tải là dòng gián đoạn,do i1 và i2 tạo nên.Khai triển Fourier của nó bao gồm thành phần sóng hài cơ bản và các song hài bậc cao Thành phần sóng hài cơ bản

chậm pha so với điện áp nguồn một góc

2



và độc lập với góc mở  Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:

( 2 2

) cos (cos

1 2

d L

V di

i I

C C

Công suất mạch tải tiêu thụ chính là công suất phản kháng

e A L

R

V i

t V Ri

dt

di L

) (

2

sin 2

2 2

Hằng số tích phân đợc xác định theo sơ kiện: Khi    thì i=0.Cuối cùng biểu thức của dòng tải i có dạng

R

V

) (

2

2 2

Hình 2.7 Đồ thị điện áp,dòng điện trong trờng hợp tảiR+L

Biểu thức này đúng trong khoảng kể từ    đến    Góc  đợc xác định bằng cách thay    và đặt i=0

0 ).

sin(

) sin(    



0

UC





2 0

UT

Để thoả mãn điều kiện này ta phải có:

Dòng điện tải có thể đợc tính :

ITải=

 cos

U P

U



Khi thông số đã cho là điện áp U, điện trở tải RT và điện cảm XT

Từ các trị số IT ta tính đợc dòng điện làm việc hiệu dụng chạy qua các van bándẫn

Trong sơ đồ hình 2.3a dòng điện chạy qua các Tiristo IT1, IT2 đợc tính

Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lu với mục

đích biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều Các loại bộ biến đổi này cóthể là chỉnh lu không điều khiển và chỉnh lu có điêu khiển Với mục đích giảm côngsuất vô công, ngời ta thờng mắc song song ngợc với tải một chiều một điôt (loại sơ đồnày đợc gọi là sơ đồ có điôt ngợc) Trong các sơ đồ chỉnh lu có điôt ngợc, khi có vàkhông có điều khiển, năng lợng đợc truyền từ phía lới xoay chiều sang một chiều,nghĩa là các loại chỉnh lu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lu Các bộ chỉnh lu có

điều khiển, không điôt ngợc có thể trao đổi năng lợng theo cả hai chiều Khi năng lợngtruyền từ lới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lu, khinăng lợng truyền theo chiều ngợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lới xoay chiều)thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lu trả năng lợng về lới

Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh lu thành một phahay ba pha Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lu là: dòng điện và điện áp tải;dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ.Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một chiều, hay xoay chiều,

có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một chiều hay, xoay chiều Số lần

đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh

lu với tần số điện áp xoay chiều

Theo hình dạng các sơ đồ chỉnh lu, với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có thểphân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau

 Chỉnh lu cầu một pha đối xứng.

T4 U2 T1

T3

L T2

Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng.

Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả nh sau Trong nửa bán kỳ điện

áp Anốt của Tiristo T1 dơng (+) (lúc đó Katốt T2 âm (-), nếu có xung điều khiển chocả hai van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông để đặt điện áp lới lên tải,

điện áp tải một chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các Tiristo còn dẫn(khoảng dẫn của các Tiristo phụ thuộc vào tính chất của tải) Đến nửa bán kỳ sau, điện

áp đổi dấu, Anốt của Tiristo T2 dơng (+) (Katốt T4 âm (-)), nếu có xung điều khiểncho cả hai van T2,T4 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông, để đặt điện áp lớilên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trớc

Chỉnh lu cầu một pha hình 2.8 có chất lợng điện áp ra hoàn toàn giống nh chỉnh

lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính Hình dạng các đờng cong điện áp, dòng điệntải, dòng điện các van bán dẫn và điện áp của một van tiêu biểu gần tơng tự nh chỉnh l-

u cả chu kỳ với biến áp có trung tính Trong sơ đồ này dòng điện chạy qua van giống

nh sơ đồ hình 2.8, nhng điện áp ngợc van phải chịu nhỏ hơn

Việc điều khiển đồng thời các Tiristo T1,T2 và T2,T4 có thể thực hiện bằngnhiều cách, một trong những cách đơn giản nhất là sử dụng biến áp xung có hai cuộnthứ cấp nh hình 2.10

Điều khiển các Tiristo trong sơ đồ hình 2.8, nhiều khi gặp khó khăn cho trongkhi mở các van điều khiển, nhất là khi công suất xung không đủ lớn Để tránh việc mở

đồng thời các van nh ở trên, mà chất lợng điện áp chừng mực nào đó vẫn có thể đápứng đợc, ngời ta có thể sử dụng chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng.Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng hai ph-

ơng án khác nhau nh hình 2.8 Giống nhau ở hai sơ đồ này là: chúng đều có hai Tiristo

và hai điôt; mỗi lần cấp xung điều khiển chỉ cần một xung; điện áp một chiều trên tải

có hình dạng ( xem hình 2.13a,b) và trị số giống nhau; đờng cong điện áp tải chỉ có

52U

R

T1 T2 L

D2

phần điện áp dơng nên sơ đồ không làm việc với tải có nghịch lu trả năng lợng về lới.

Sự khác nhau giữa hai sơ đồ trên đợc thể hiện rõ rệt khi làm việc với tải điện cảm lớn,lúc này dòng điện chạy qua các van điều khiển và không điều khiển sẽ khác nhau

a b

Hình 2.9 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng.

Trên sơ đồ hình 2.10a (với minh hoạ bằng các đờng cong hình 2.11a) khi điện ápAnốt T1 dơng và Katốt D1 âm có dòng điện tải chạy qua T1, D1 đến khi điện áp đổidấu (với Anốt T2 dơng) mà cha có xung mở T2, năng lợng của cuộn dây tải L đợc xả

ra qua D2, T1 Nh vậy việc chuyển mạch của các van không điều khiển D1, D2 xảy rakhi điện áp bắt đầu đổi dấu Tiristo T1 sẽ bị khoá khi có xung mở T2, kết quả làchuyển mạch các van có điều khiển đợc thực hiện bằng việc mở van kế tiếp Từ nhữnggiải thích trên chúng ta thấy rằng, các van bán dẫn đợc dẫn thông trong một nửa chu

kỳ (các điôt dẫn từ đầu đến cuối bán kỳ điện áp âm Katốt, còn các Tiristo đợc dẫnthông tại thời điểm có xung mở và bị khoá bởi việc mở Tiristo ở nửa chu kỳ kế tiếp)

Về trị số, thì dòng điện trung bình chạy qua van bằng Itb = (1/2 ) Id, dòng điện hiệudụng của van Ihd = O,71 Id

Theo sơ đồ hình 2.12 b (với minh hoạ bằng các đờng cong hình 2.13b), khi điện

áp lới đặt vào Anốt và Katốt của các van bán dẫn thuận chiều và có xung điều khiển,thì việc dẫn thông các van hoàn toàn giống nh sơ đồ hình 2.12a Khi điện áp đổi dấunăng lợng của cuộn dây L đợc xả ra qua các điôt D1, D2, các van này đóng vai tròcủa điôt ngợc Chính do đó mà các Tiristo sẽ tự động khoá khi điện áp đổi dấu Từ đ-ờng cong dòng điện các van trên hình 2.13b có thể thấy rằng, ở sơ đồ này dòng điệnqua Tiristo nhỏ hơn dòng điện qua các điôt

Ud

Id IT1

0

Ud

Id t

IT2 ID1

ID2

IT1

IT2 ID1

ID2 t

t t t

t t t

t t

Hình 2.10 Giản đồ các đờng cong điện áp, dòng điện tải (Ud, Id),

dòng điện các van bán dẫn của các sơ đồ a- hình 2.12a; b- hình 2.12b.

Nhìn chung các loại chỉnh lu cầu một pha có chất lợng điện áp tơng đơng nhchỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, chất lợng điện một chiều nh nhau, dòng

điện làm việc của van bằng nhau, nên việc ứng dụng chúng cũng tơng đơng nhau Mặc

dù vậy ở chỉnh lu cầu một pha có u điểm hơn ở chỗ: điện áp ngợc trên van bé hơn;biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn Thế nhng chỉnh lu cầu một pha có số lợngvan nhiều gấp hai lần, làm giá thanh cao hơn, sụt áp trên van lớn gấp hai lần, chỉnh lucầu điều khiển đối xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn

Các sơ chỉnh lu một pha cho ta điện áp với chất lợng cha cao, biên độ đập mạch

điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều này không đáp ứng đợc cho nhiềuloại tải Muốn có chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử dụng các sơ đồ có số phanhiều hơn.Tuy nhiên trong phạm vi của đề tài này ta chỉ sử dụng các phơng phápchỉnh lu điện áp xoay chiều một pha

Ch ơng 3 Thiết kế ,tính toán mạch lực

Mạch lực của hệ thống lọc bụi có sơ đồ nh hình 3.1.

Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Trong đó:

 T1, T2 :Tiristor của mạch điều khiển điện áp xoay chiều

 R,C :Bảo vệ điện áp cho van

 R0 ,C0:Bảo vệ xung điện áp từ lới điện

 D1 , D2 ,D3 ,D4:Điốt mạch chỉnh lu cao áp

3.2 Tính toán các phần tử mạch lực.

3.2.1 Mạch chỉnh lu cầu một pha phía cao áp.

Lựa chọn van động lực cho mạch chỉnh lu (Điốt công suất) theo các nguyên tắc sau:

 Điện áp ngợc van:

) ( 8 , 112 9

, 0

10 72 2 9 , 0

3

U k

hd hd

 Dòng điện làm việc của van:

) ( 06 1 5 , 1 2 1 2

1 k

.

hd

A I

I k I

lv

d hd lv

C0

T1

T2

C R

) ( 318 , 0 06 , 1 3 , 0 3

, 0

)%

30 10 (

max _

max _

max _

A I

k

I I

I k I

D i

D lv

lv i D

, 0

8 , 112 5

, 0

max_

_ max

U do   

 C«ng suÊt tèi ®a cña t¶i:

) ( 09 , 108

5 , 1 06 , 72

max _

max _

0 max _

kW P

P

I U P

d d

d d d

ba k P

S 

k :hÖ sè c«ng suÊt chØnh lu

09 , 108 23 , 1

 Trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp:

) ( 06 , 80 9

, 0

06 , 72

2

0 2

kV U

k

U U

u d

, 0

06 , 80

I d 

- Dòng trong cuộn thứ cấp:

) ( 67 , 1 11

,

1 2

2

A I

, 364 67 , 1

1

2 1

A I

k I







- Chọn máy biến áp có công suất nh trên,chọn lõi thép 40,lá thép dày 0,33

mm có cờng độ từ cảm trong lõi Bm=1,4 Tesla

- Mật độ dòng điện trong dây quấn máy biến áp 4 ( / 2 )

mm A





- Hệ số lấp đầy k=0,4

 Tính số vòng dây cuộn thứ cấp:

- Tiết diện trụ QFe của lõi thép máy biến áp:

f m

S k

Q Fe

.

50

10 95 , 132 4

2 3

cm Q

, 1 10 206 50 44 , 4

10 06 , 80

44 ,

3 2

m

Fe B Q f U

Số vòng dây cuộn sơ cấp đợc tính theo số vòng cuộn thứ cấp và hệ số biến áp m:

) ( 34 91 , 364

 Đờng kính dây phía sơ cấp :

) ( 8 , 16

75 , 2

4 , 609 4

.

4

4

1

1

1 1

1

mm d

J

I S

67 , 1 4

.

4

4

1

2

2 2

2

mm d

J

I S

c C

a c

Hình 3.2 Sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp

*Chọn kích thớc của gông từ theo chỉ số phụ:

) 1 (

) 2 ( 2

5 , 2

5 , 0 1

x a x c C a

h m a

c n a

b l

Ta có:

) ( 31 , 18961

94 , 0 4 , 0 4 4 , 1 50 22 , 2

10 10 95 , 132

22 , 2

10

* 3

) ( 95 , 132 2

4

2 3 2

2 1

cm S

S

S S

k k B f

S S

S

kW S

S S

ok ct

ok ct

ok ct ok

Trong đó SCT:tiết diện ép chặt

SOK:tiết diện lấp đầy

Từ đó ta có : a.b.c.h=1,25.a4=18961,31Suy ra :a=11,1 (cm)

 b=11,1 (cm) c=5,5 (cm)

h=27,8 (cm)Kiểm tra hệ số lấp đầy:

38 , 3

8 , 27 5 , 5

) 1 , 2 12504 8

, 16 34 ( 10 8

.

)

( 10 8

2 2

3

2 2 2 2 1 1 3

d w d w

k ok

Hệ số lấp đầy nằm trong khoảng chấp nhận đợc

 Điện trở dây quấn máy biến áp:

 Dây quấn sơ cấp

) ( 0017 , 0

) 5 , 5 1 , 11 2 1 , 11 2 ( 10 8 , 16

34 23 , 2

)

2 2 ( 10

23 , 2

4 2

4 2 1

1 1

§iÖn ¸p r¬i trªn d©y quÊn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p:

) ( 04 , 1 4 , 609 0017 , 0

1

1 1 1

V U

I r U

) 5 , 5 1 , 11 2 1 , 11 2 ( 10 1 , 2

12504 23 , 2 ) 2 2 ( 10 2

23 , 2

4 2 4

2 2 2

§iÖn ¸p r¬i trªn d©y quÊn thø cÊp m¸y biÕn ¸p:

) ( 73 , 66 67 1 33 , 39 22



§iÖn ¸p r¬i trªn hai cuén d©y m¸y biÕn ¸p

 §iÖn kh¸ng t¶n trªn d©y quÊn m¸y biÕn ¸p:

) ( 7 , 0 4 , 1 50 2

4 , 609 380 4 , 1 50 4 , 609

380

2 5 , 6

2

.

.

4

2

2 1

m m

ba

X

H L

B f

I U B f I

U S k L

§iÖn kh¸ng r¬i trªn ®iÖn kh¸ng t¶n m¸y biÕn ¸p lµ:

)(56,19267,1.3,115

2

V U

I X U

ba ba

X

ba X

2 2

2

kV

U U

E U

ba

X r