Đồ án Điện tử công suất bộ biến tần cho lò nấu thép

Trên cơ sở số liệu cho trước và yêu cầu cụ thể của đề bài ,khi thực hiện cần tiến hành trình tự các bước sau: 1.Phân tích,giải thích rõ yêu cầu và đòi hỏi của đề bài .Cụ thể: Với đề tài này thường hay gặp ở đâu trong thực tế? Những thông số kỹ thuật nào sẽ ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng của hệ thống? Biện pháp tác động như thế nào? Nêu các phương án có thể và chọn lấy một phương án phù hợp. 2. Phân tích kỹ nguyên lý hoạt động của phương án đã được lựa chọn; Vẽ đồ thị dòng điện và điện áp trên các phần tử và ở các điểm nút cần quan tâm. Trên cơ sởcác đồ thị đó ,tìm các biểu thức có sự liên quan đến những đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm. 3. Tính chọn, thiết kế các phần tử mạch công suất: Chọn van, các điều kiện làm mát mạch, bảo vệ; Tính toán, thiết kế, kiểm tra máy biến áp, bộ lọc (nếu có yêu cầu) 4. Giới thiệu mạch điều khiển cho toàn hệ thống. Phân chia khối chức năng; Neu nguyên lý hoạt động của các khối chức năng thông qua đồ thị dạng dòng điện điện áp hoặc dạng xung ở một số điển nút chính. Chú ý: Cũng có thể làm theo phương pháp ngược lại: Chọn các khối chức năng trước , phân tích nguyên lý hoạt động của mỗi khối chức năng qua các đò thị dòng điện và điện áp, sau đó ghép thành hệ điều khiển tổng thể. 5. Tính chọn các phần tủ cơ bản của mạch điều khiển. 6. Giới thiệu các mạch phản hồi: Dòng điện, Điện áp, Tốc độ...(nếu có yêu cầu). Phân tích nguyên tắc hoạt động và tính chọn các phần tử cơ bản. 7. Toàn bộ phần viết thuyết minh được hoàn thành ở dạng quyển A4.Mẫu chi tiết sẽ có hướng dẫn cụ thể. 8.Toàn bộ sơ đồ nguyên lý ,bao gồm cả mạch lực và hệ điều khiển được vẽ trên khổ A1 có ký hiệu đầy đủ các phần tử và trình bày theo mẫu vẽ kỹ thuật.

Đồ án điện tử công suất ĐỀ CƯƠNG HƯỚNG DẪN LÀM ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Trên sở số liệu cho trước yêu cầu cụ thể đề ,khi thực cần tiến hành trình tự bước sau: 1.Phân tích,giải thích rõ u cầu đòi hỏi đề Cụ thể: Với đề tài thường hay gặp đâu thực tế? Những thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến tiêu chất lượng hệ thống? Biện pháp tác động nào? Nêu phương án chọn lấy phương án phù hợp Phân tích kỹ nguyên lý hoạt động phương án lựa chọn; Vẽ đồ thị dòng điện điện áp phần tử điểm nút cần quan tâm Trên sởcác đồ thị ,tìm biểu thức có liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm Tính chọn, thiết kế phần tử mạch cơng suất: Chọn van, điều kiện làm mát mạch, bảo vệ; Tính tốn, thiết kế, kiểm tra máy biến áp, lọc (nếu có yêu cầu) Giới thiệu mạch điều khiển cho toàn hệ thống Phân chia khối chức năng; Neu nguyên lý hoạt động khối chức thơng qua đồ thị dạng dịng điện điện áp dạng xung số điển nút Chú ý: Cũng làm theo phương pháp ngược lại: Chọn khối chức trước , phân tích nguyên lý hoạt động khối chức qua đò thị dịng điện điện áp, sau ghép thành hệ điều khiển tổng thể Tính chọn phần tủ mạch điều khiển Giới thiệu mạch phản hồi: Dòng điện, Điện áp, Tốc độ (nếu có u cầu) Phân tích ngun tắc hoạt động tính chọn phần tử Tồn phần viết thuyết minh hoàn thành dạng A 4.Mẫu chi tiết có hướng dẫn cụ thể 8.Toàn sơ đồ nguyên lý ,bao gồm mạch lực hệ điều khiển vẽ khổ A1 có ký hiệu đầy đủ phần tử trình bày theo mẫu vẽ kỹ thuật Nhóm 7: 1.Lê Xuân Tiến Phạm Tâm Thành 3.Lê Văn Thế 4.Cao Đức Dũng Đề tài: Thiết kế biến tần cho lị nấu thép phần nghịch lưu có thơng sơ: -Điện áp nguồn: 3× 380VAC, +10%, -10%; 50 Hz -Vòng cảm ứng: 250 kW; 800VAC; cosϕ =0,4; f=100Hz Đồ án điện tử công suất MỤC LỤC Chương : Lời mở đầu Chương Ι : Giới thiệu công nghệ nấu thép phương pháp lò cảm ứng Chương II : Phân tích phương án Lựa chọn phương án tối ưu Chương III: Phân tích hoạt động phương án tối ưu Chương IV: Giới thiệu, tính tốn, thiết kế mạch lực Chương VI: Giới thiệu – Tính tốn- Thiết kế mạch điều khiển tồn hệ thống Chương VII: Ngun lý hoạt động tồn hệ thống • Kết luận • Tài liệu tham khảo Đồ án điện tử cơng suất Lời nói đầu Lịch sử ngành công nghiệp điện tử đánh dấu kiện quan trọng đời Thyratron(1902) John Fleming(kỹ sư người Anh) sáng chế, đời Tranzitor(1948), nhà vật lý người Mỹ John Bardeen W.H Brattain sáng chế, đến năm 1956 nhóm kỹ sư hãng Bell -– Telephone cho đời sản phẩm Thyristo Kể từ đến nay, ngành công nghiệp điện tử thiết bị bán dẫn công suất lớn điot, tiristor, triac, transtor chịu điện áp cao dòng điện lớn, phần tử thiết bị bán dẫn cực nhỏ vi mạch, vi mạch chức năng, vi xử lý phần tử thiết yếu mạch điều khiển thiết bị bán dẫn công suất Ngày nay, không riêng nước phát triển nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy xi măng, thuỷ điện, giấy, đường sử dụng ngày nhiều thành tựu công nghiệp điện tử Theo xu hướng nhà máy luyện kim đưa vào công nghệ nấu thép công nghệ nấu thép cảm ứng Công nghệ thay phương pháp nấu thép truyền thống dùng lị Mactanh Cơng nghệ nấu thép cảm ứng dùng biến tần với phần tử bán dẫn có khả tự động hố cao điều khiển q trình nấu thép dễ dàng, suất nấu thép tăng, thời gian nấu nhanh Điều đáp ứng phần nhu cầu sử dụng thép nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nước Đối với sinh viên ngành tự động hố, mơn học Điện tử cơng suất môn quan trọng.Với giảng dạy nhiệt tình thầy khoa em bước tiếp cận mơn học Để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, học kỳ em thầy giao cho đồ án môn học với đề tài :Thiêt kê biến tần cho lò nấu thép cảm ứng.Đây đề tài có quy mơ ứng dụng thực tế lớn.Bộ biến tần số nhà máy luyện kim nước ta đưa vào sử dụng,lắp đặt chiếm ưu Với cố gắng thân, với hướng dẫn, bảo tận tình thầy cô môn, đặc biệt sụ hướng dẫn trực tiếp thầy Dương Văn Nghi giúp em hồn thành đồ án mơn học Do lần làm đồ án môn học Điện tử công suất ,kinh nghiệm chưa có nên em khơng tránh khỏi mắc sai sót mong thầy giúp đỡ Em xin chân thành cảm ơn ! Đồ án điện tử công suất Hà Nội 01-2002 Sinh viên Cao Đức Dũng CHƯƠNG1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NẤU THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÒ CẢM ỨNG Đề tài thiết kế biến tần cho lò nấu thep cảm ứng dề tài có giá trị thực tế lớn , đưa vào sử dụng nhà máy gang thép ,nhà máy luyện kim Ơ nước ta giới phần tử bán dẫn điện tử cong suất áp dụng lĩnh vực lĩnh vực công nghiệp để có sản xuất qui mơ khả tự động hố cao Đó lí phương pháp nấu thép dùng lò cảm ứng thay phương pháp truyền thống Trước hết tìm hiểu sơ lược cơng nghệ nấu thép ngành luyện kim Ngành luyện kim đời từ lâu ,sản phẩm đáp ứng nhu cầu lĩnh vực Trong thời gian đầu phương pháp luyện thép cổ điển :lò cao, lò Mactanh lò dùn thang củi Ngày với sữ dụng rộng rãi điện phương pháp nấu luyện thép điện chiếm ưu Nờu thép lị điện phương pháp có thời gian nấu nhanh mang lại hiệu kinh tế cao phương pháp điện biến thành nhiệt dạng khác nên ta điều chỉnh thành phần nhiệt độ dễ ràng luyện tất loại thép khác nhau, dùng cho mục đích khác Có loại lò điện như: Lò hồ quang, lò điện trở, lị cảm ứng Trong loại lị điện lị cảm ứng lị có ưu điểm trội Lò cảm ứng sử dụng biến tần với phần tử bán dẫn mạch điều khiển điện tử nên trình điều trở nên đơn giản dễ dàng Lị cảm ứng luyện loại thép có chất lượng cao, ngồi thời gian nấu luyện thép ngắn, mẻ thép dựng lũ cm ng mi nu c Vậy lò cảm ứng có cấu tạo nguên lý hoạt động nh mà lại có đợc u việt nh vậy? Thực cấu tạo lò cảm ứng đơn giản nh số lò điện khác Nó gồm phận sau: Bộ biến tần, cuộn cảm ứng, khung lò, áo lò Cuộn cảm ứng hay gọi vòng cảm ứng có dạng bầu dục làm từ ống đồng tiết diện cuộn cảm có dạng: Đồ án điện tử cơng suất Cn c¶m øng nhËn điện áp có tần số lớn: Vài trăm đến vài nghìn Hz Nguyên lý điện lò cảm ứng nh sau: Chúng ta đà biết dây dẫn dặt từ trờng biến thiên sinh sức điện 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 Trong lò cảm ứng có dòng điện tần số cao qua vòng cảm ứng(cuộn sơ cấp )thì khối lợng kim loại chất nồi sẻ sinh Sdd cảm ứng E2 dòng điện cảm ứng I2, nhờ xuất dòng I2 mà khối lợng đợc nung nóng đến lúc bị chảy Mặt khác ta có lợng chuyển thành nhiệt khối liệu W W=I2.n2.2..(d/h).(.à.f.10-9) I: cờng độ dòng cuộn cảm n:số vòng cảm ứng d: đờng kính nồi lò(cm) h: chiều cao kim loại lò(cm) à: §é tõ thÈm ρ: §iƯn trë st mỴ liƯu(Ωcm) nh lợng chuyển thành nhiệt mẻ liệu tỉ lệ thuận với bình phơng cờng độ Khi số vòng cờng độ dòng điện lớn cuộn cảm ứng đợc nung nóng mạnh Bây ta xét trình nấu thép diễn lò thay đổi đặc tính thép Công suất điện lò đồ án 250kW tơng ứng mẻ nấu đợc khoảng 250kg thép trình nấu thép nh sau: chất mẻ liệu vào lò bắt đàu nấu phần thép bị sụt xuống bị nóng chảy , phần thép xung quanh gần áo lò bị nóng chảy trớc, sau phần thép bị sụt xuống bị nóng chảy cuối thép chảy thành nớc ta rót thép lại cho mẻ khác nh lò có biến động hay nói cách khác tải biến tần biến đổi Đặc tính thép trình nấu nh sau ρ Đồ án điện tử cơng suất µ: độ từ thẩm thép ρ: suất điện trở thép(Ωcm) nhìn vào đặc tính ta thấy nhiệt độ cịn thấp ρ nhỏ độ từ thẩm µ lớn thép có tính điện cảm lớn Trong khoảng từ 780 đến 9000C thép bắt đầu chảy µ giảm mạnh ρ tăng nhanh Ta nói biến động µ ρ thép chảy thành nước thép hết từ tính cịn ρ tức có tính chất điện trở Như thiết kế biến tần cho lị cảm ứng ta thấy tải có tính chất cảm kháng tải có biến động lớn Mặt khác thép chảy thành nước coi tải ngắn mạch Bộ biến đổi tần có sơ đồ sau : Ld ChØ nh l u pha Cd Nghịch l u pha cuộn cảm ứng Lò cảm ứng ỏn in t cụng suất CHƯƠNG II PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Đồ án môn học yêu cầu thiết kế phần nghịch lưu biến tần ta cần đưa phương án lựa chọn nghịch lưu Trước hết nấu thép dùng điện pha ta đưa số phương án nghịch lưu pha I.Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp tải có tính chất cảm kháng (Dòng điện chậm pha so với điện áp góc ϕt ) 1) Sơ đồ nguyên lý: 2) xác định miền dẫn van : *Từ → ϕt : it< a (+) D1D4 V1V4 thông it< Ut > b (-) nên D1D4 dẫn *Từ ϕt → Π : it > Ut > V1V4 thông *Từ Π→Π + ϕt : Ut < it > D2D3 thông *Từ Π + ϕt →2Π : it< Ut > V2V3 thông * Xác định thời điểm chuyển mạch van Tại ϕt : có chuyển mạch : D1 → V1 ; D4→ V4 Tại Π : có chuyển mạch : V1 → D3 ; V4 → D2 Tại: có chuyển mạch : D2 → V2 ; D3 → V3 it Ed D1 V3 V1 Cd D3 Ut Zt a it D2 V2 b V4 D4 Tại 2Π : có chuyển mạch : V2 → D4 ; V3 → D1 *Xét chuyển mạch dịng điện : Xét Π : có chuyển mạch : từ V1 → D3 ; V4 → D2 : khoảnh khắc có V1V4 thơng iv1 = iv4 = it > Đồ án điện tử cơng suất Muốn khố V1V4 cách cưỡng khoá xung → V1V4 van điều khiển hoàn toàn Nếu dùng V1V4 van điều khiển khơng an tồn phải đấu tổ hợp van điều khiểnkhơng hồn tồn + tụ + điện cảm Khi V1V4 khố dịng điện tải giảm khơng mạch tải có điện cảm nên sinh sứac điện động để tiếp tục trì dịng điện theo hướng dương → D2D3 thơng dịng điện tải Zt→D3 → Cd → Zt - Xét Π + ϕt : D2 → V2 ; D3 → V3 Trong thời gian D2D3 thơng Uv2 = ∆UD2 < ; Uv3 = ∆UD3 < ; V2V3 bị đặt điện áp ngược Đến Π + ϕt : iD2 = iD3 = → D2D3 bắt đầu khố, sau thời điểm dịng điện tải đảo chiều từ (+) →(-) ngược với chiều dòng qua D2D3 Tại Π + ϕt : tất van khoá UV2 = UV3 = Ed > Nếu Π + ϕt có xung điều khiển vào V2V3 → V2V3 thông 3) Xác định công suất nguồn công suất tải Pd = Ed Id với Id = Pt = Ut.It.cosϕt ; it = 2 Π I2 cosϕt I2 cosϕt Ut1 = Π Ed.cos(ωt) : thành phần sóng bậc Đồ án điện tử cơng suất Do : Pt = Pd = Π 2 Π Ed.I2.cosϕt = 2 Π Ed.I2.cosϕt Ed.I2.cosϕt Nghịch lưu nguồn áp, nguồn áp chiều đầu vào lý tưởng, điện áp tải có dạng xung hình chữ nhật có giá trị không đổi Khi nấu thép lúc thép chảy thành nước tải coi bị ngắn mạch sơ đồ không thoả mãn II.Sơ đồ nghịch lưu nguồn dòng tải cảm kháng: Sơ đồ nguyên lý Ed : Nguồn điện áp chiều, điện cảm Ld → ∞ tạo nguồn dòng điện chiều lý tưởng với Id V1÷ V4 van điều khiển hồn tồn van khơng điều khiển hồn tồn Giả thiết điện áp tải theo luật hình sin Xét tải có tính chất cảm kháng điện áp vượt trước dịng góc ϕtải 2) Xác định miền dẫn van Đồ án điện tử công suất * 0→ Π : it > ⇒ V1V4 thông * Π→2Π : it < ⇒ V2V3 thông * 2Π→3Π : it > ⇒ V1V4 thông Khi V2V3 thơng : UV1=Ut < → V1V4 khố lại β góc điện áp ngược lên van thời gian khơi phục lại tính chất điều khiển van βmin ≥ 2Πf.tq * Xét chuyển mạch van Ví dụ xét Π : V1 → V3 V4 → V2 Trước Π khoảnh khắc V1V4 dang dẫn ; Ut< (+) đặt b (-) đặt a Thông qua V1V4 thông Ut đặt ngược lên V2V3 ; UV2 = UV3 = Ut < Như đến phát xung điều khiển vào V 2V3 V2V3 chưa thơng Theo u cầu mạch bắt buộc phải đảo chiều dòng Π → phải cưỡng khoá V1V4 Khi V1V4 khoá ; V2V3 chưa thơng Uv1 =Uv2 = Uv4= Ed > Khi phát xungđiều khiển vào V2V3 van thơng thực đảo chiều dòng từ (+) →(-) ⇒ Chuyển mạch chuyển mạch cưỡng Khi V 1÷ V4 phải chọn van điều khiển hồn tồn 3) Cơng suất nguồn công suất tải Pd = Ud Id = Pd = Ed Id với Ed = Uv= Pd = 2 Π 2 Π U2 cosϕt → U2.Id.cosϕt Ut = U2.sin ωt Ptải =Ut.It.cosϕt Trị hiệu dụng dịng điện tải sóng bậc : I1t = Do Ptải = 2 Π Π Id = 2 Π Id U2.Id.cosϕt → Pt =Pn cơng suất từ nguồn truyền tới tải lớn Mặt khác nghịch lưu làm việc dược tải ngắn mạch nên ta dự định lựa chọn sơ đồ để giải toán đề Tuy nhiên tải có tính chất cảm kháng xungđiều khiển phải xung chùm V1÷ V4 van điều khiển hồn tồn Ta thử phân tích thêm sơ đồ nưã III Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn tải dung kháng 1) Sơ đồ nguyên lý : 10 Đồ án điện tử công suất không đồng theo sườn lên xung nhịp ta tạo T-FF tích cực cao lật trạng thái sườn lên xung nhịp) Vậy xung sau khỏi bbộ chia xung có tần số f = 1000Hz 3.Thiết kế tạo độ rông xung: Tạo xung đơn ( xung kim) có độ rọng tx =100µs = 10-4s Sơ đồ khối tạo độ rông xung: z2 & & C2 z3 & z1 z4 & y x • Hoạt động sơ đồ: Khi x =’0’; z1 =’0’; z2 =’0’; z3 =’0’; z4 =’1’; y=’0’ Khi x =’1’; z1 =’0’; z2 =’1’; tụ điện C2 nạp điên qua điện trở R2 Lúc đầu UR3 =’1’ z4 =’0’, y =’1’, sau thời gian t=R3C2 UR2 =’0’ z4 =’1’ y =’0’ Trong múc lôgic ‘o’ khoảng 0,4 đến 0,6V Độ rộng xung tx= R3C2, thường chọn R3 =1kΩ tx =10-4 = 1000C2 ⇒ C2 = 0,1µF Vậy khâu tạo xung có sơ đồ hình vẽ chọn C2 = 0,1µF; R3 = 1kΩ phần tử NAND sơ đồ nằm IC4011 có sơ đồ chân sau: Vcc 14 13 12 11 10 CMOS 4011 43 Đồ án điện tử công suất Thiết kế máy biến áp xung: Sử dung BAX với mục đích sau: -Dễ dàng tạo xung với biên độ phù hợp với tải -Cách ly điện mạch điều khiển hệ thống động lực E2 +24V -Dễ dàng thay đổi cực tính xung D4 Khi chọn van điều khiển giá trị dịng áp: 204 Dz Iđk =0,3A G D5 204 Uđk=7V D3 204 Điện áp điều khiển dịng điện điều khiển 120 giá trị dòng áp thứ cấp BAX Theo kinh R4 tỷ số BAX thường chọn từ 1÷ tốt Do ta 2k R5 Tr2 C828 K nghiệm chọn n=1,5 Như vây điện áp đặt lên cuộn sơ cấp phải là: U1= n.Uđk =1,5.7 =10,5V I 0,3 I1 = dk = = 0,2 n 1,5 Dòng điệ sơ cấp: Ta chọn vật liệu lõi thép pherit, làm việc phần đặc tính từ hố B s= 0,45T; độ từ thẩm µ = 6000A/m2, có diện tích lõi thép 1cm2 U t W1 = x BsS *Số vòng dây cuộn sơ cấp : tx: Chiều dài xung điều truyền qua BAX , thường chọn t x t 10ữ 600às, õy ta chn tx =100às -4 *S diện tích lõi pherit lấy S =10 mm *Số vòng dây cuộn thứ cấp: W2 = *Chọn mật độ dịng điện j=3A/mm2 ⇒ Đương kính cuộn thứ cấp: W1 = 10,5.100.10 − 0,45.10 −4 = 23(vßng ) W1 23 = = 15(vßng ) n 1,5 d2 = I2 0,3 =2 = 0,357 mm π j 3,14.3 44 Đồ án điện tử công suất I1 0,2 =2 = 0,28mm π j 3,14.3 d1 = Đường kính cuộn sơ cấp: *Chọn R4 =2k, chọn tranditocó Ic2mã =I1 =0,2A ⇒ R5 = E2 I c2 max = 24 = 120Ω 0,2 Chọn Tr2 C828 có Uce =30V; Ic2max =300mA; β =30÷ 100; D3, D4, D5, chọn loại điốt π204 có Itb =800mA;Um =100V; Lựa chọn khâu lệch pha: Xung điều khiển T1T4 muốn điều khiển T3 T2 ta phải dich xung góc π ta phải thiết kế khâu dịch pha: R8 R8 +15 V Uv ura TL081 R9 D4 15V Đây mạch trễ pha tồn thơng , để tạo tín hiệu dịch pha π ta mắc nối tiếp dịch pha 900 Chọn R8 = 10kΩ Ta có độ lệch pha :θ(ω) = -2tg-1 ωRC Với ω =2π.103(rad/s) ⇒ -2arctg(2π.103R9C10) = -900 ⇒R9C10 = 1/2π.103 = 0,16.10-3 Chọn tụ C10 có dung lượng C10 = 0,1µF R9 = 0,16.10 −3 0,1.10 −6 = 1,6 kΩ 45 Đồ án điện tử công suất ⇒ Chọn R9 chiết áp 3kΩ Ký hiệu dịch pha : Bộ dịch tín hiệu về: Khâu lấy pha Tín hiệu có hai nhiệm vụ: - Sau tín hiêu dòng áp nghịch lưu tải ổn định ngắt máy phát xung chủ đạo - Tín hiệu dưa khuyếch đại sửa xung để điều khiển q trình đóng mở can nghịch lưu Ta có Utải = 800V; Itải =351A Vì nghịch lưuđộc lập nguồn dịng nên dịng điện tải khơng phụ thuộc vào tải ta lấy tín hiệu tín hiệu dịng để lấy tín hiêu điều khiển ta phải sử dụng máy biến dòng điện trở sun Rs Chọn máy biến dịng có số vịng dây sơ cấp thứ cấp W1 I 351 I = ; W1 = ⇒ W2 = W1 = = 1755(vßng ) I2 W2 I1 0,2 Chọn Rs để Ui=i.Rs =10V⇒ Rs =10/0,2 =50 Tải Biến dòng Rs Ui=i.RS 46 ỏn điện tử cơng suất Tín hiệu lấy có dạng: • Muốn có dạng xung vng ta cho tín hiệu qua IC thuật toán +Vcc Ud -Vcc Chọn loại OA TL081 có Vcc = ± 15V Ud = ± 30V Đồ thị tín hiệu vào theo thời gian: T1T4 T2T3 T1T4 T2T3 Ta có xung điều khiển T T4 phải có dạng xung dương để tạo xung điều khiển cho T1 T4 tín hiệu phản hồi sau qua khuyếch đại thuật toán ta cho qua điốt Uv Ur 204 D5 Më T1T4 47 Đồ án điện tử công suất Khi Uv >0 ⇒ UA < UK ⇒ D khoá ⇒ Ur = Uv Khi Uv UK ⇒ D thơng ⇒ Ur = • Để tạo xung điều khiển T2,T3 ta dùng mạch gim song song Uv Uv Ur 204 D6 t Ur Uv > ⇒ UA > UK ⇒ D6 thông Ur = t Uv < ⇒ UA < UK ⇒ D6 khố Ur = Uv Vì xung điều khiển đẻ mở van xung dương nên ta phải cho qua phn t bỏn dn ú l vi mch: Đ ầu vµo OA R6 + Vcc C3 Uv 204 D6 14 10 CMOS 4047 11 912 t TÝn hiÖu sau D6 t TÝn hiƯu ch© n 10 cđa 4047 t Tín hiệu chân 10 4047 tín hiệu qua BAX di điều khiển T2,T3 Khâu để ngắt máy phát xung: 48 Đồ án điện tử công suất Sau tín hiệu dịng áp tải ổn định ta ngắt máy phát xung khỏi mạch điều khiển, ta sử dụng rơ le thời gian có hai tiếp điểm, tiếp điểm thường đóng mở chậm tiếp điểm thường mở đóng chậm Chon rơ le thời gian liên xơ cũ chế tạo loại ∃ B201 có thơng số kỹ thuật: + Diện áp định mức Uđm =24V + Khoảng điều chỉnh thời gian 0,25÷ 4s Theo số liệu ta điều chỉnh thời gian rơle 1s • Tổng hợp mạch điều khiển: Sau chọn khâu phần tử ta gép nối khâu lại với sơ đồ tổng quát mạch điều khiển Thiết kế nguồn cung cấp cho vi mạch, cho biến áp xung: Ta cần có nguồn chiều có điện áp ± 15V +24V Do ta thiết kế chỉnh lưu, sau chỉnh lưu đặt ổn áp để ổn định điện áp : Chọn dùng IC ổn áp LM7815 có: Và IC LM7824 có :  U r = 15V  U vmin = 17,5V U  r max = 30V  U r = 24V  U vmin = 27V U  r max = 38V • Thiết kế mạch nguồn 15V 49 Đồ án điện tử công suất Ta dùng sơ đồ chỉnh lưu chu kỳ biếnáp điểm giữa: D7 LM7815 U1=220V U2 D8 C4 C5 +15V C6 Chọn tụ C4 tụ chiều 1000µF; C5 = 330nF; C6 = 10nF ; Để xác định tỷ số máy biến áp ta xét điện áp vào cho phép 7815 Nếu điện áp vào 220V, 50Hz ta có biến độ điện áp cuộn sơ cấp 220 Cuộn thứ cấp có điểm giưã phải có biên độ: U 2m = U vmax + U vmin 17,5 + 30 = = 23,75V 2 Vậy tỷ số biến áp : a1 = U vm 220 = =7 2U 2m 2.23,75 • Thiết kế mạch tạo nguồn +24V Ta có: U 2m = U vmax + U vmin 28 + 38 = = 32,5V 2 ⇒ Tỷ số biến áp: a2 = U vm 220 = =5 2U 2m 2.32,5 50 Đồ án điện tử công suất Sơ đồ mạch tao nguồn +24V: D9 LM7815 U1=220V U2 D10 C7 C8 +24V C9 Chọn D7, D8, D9, D10, loại π204 có Itb =800mA, Uim =100V • Thiết kế nguồn cung cấp -15V: Sơ đồ nguồn cung cấp -15V sau: D9 LM7815 U1=220V U2 D10 III C7 C8 +24V C9 Tổng hợp mạch điều khiển cho tàon hệ thống: Sơ đồ mạch điều khiển cho toàn hệ thống: 51 Đồ án điện tử công suất Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống: + Vi mạch 555 phát xung hình chữ nhật có tần số 2000Hz sau qua chia xung Fliplop ta xung vng có tần số 1000Hz + Xung tần số f =1000Hz qua tạo độ rộng xung ta xung có độ rộng t x =100µs, tần số f=1000Hz, xung qua BAX khuyếch đại , sau đưa vào cực G1,G4 Thyristo T1, T4 + Xung đầu tạo độ rộng, muốn kích mở T 2, T3 ta cho qua dịch pha góc π Xung có dạng dống xung đầu tạo độ rộng 52 Đồ án điện tử cơng suất xung dịch pha góc π Xung qua BAX để khuyếch đại sau đưa vào cực G2, G3 thyristo T2,T3 + Khi thyristo T1, T2, T3, T4 kích mở nghịch lưu hoạt động cấp dòng áp cho tải Dạng dịng điện gần sin, có tần số f=1000Hz, biên độ dòng áp thoả mãn yêu cầu + Để nghịch lưu tự hoạt động ta lấy tín hiệu dong điện để kích mở van Khi ta ngắt máy phát xung chủ đạo 555 Để làm việc ta dùng rơ le thời gian Khi tải có tín hiệu cuộn hút rơ le R th có điện, sau khoảng thời gian tiếp điểm thường đóng mở chậm mở ra, ngắt máy phát xung 555 cịn tiếp điểm thường mở đóng chậm sau khoảng thời gian đóng lại, tín hiệu lấy từ tải đưa vào tạo độ rộng xung sau qua BAX điều khiển q trình đóng mở van thay cho phát xung 555, chỉnh định thời gian đóng mở tiếp điểm rơ le thời gian ta quy định thời gian màbộ phát xung chủ đạo hoạt động Dạng dòng điên điên áp điểm: Dựa vào sơ đồ nguyên lý phân tích ta có dạng dịng điện điên áp nút sau: 53 Đồ án điện tử công suất A 10V 5V B C T 2T D E F tx G ira 54 Đồ án điện tử công suất ira H M P D F N tx Q E tx G 55 Đồ án điện tử công suất Kết luận Sau trình học tập nghiên cứu, với hướng dẫn tận tình thầy giáo giúp đỡ bạn lớp, chúng em hoàn thành nhiệm vụ giao đồ án: Thiết kế biến tần cho lị nấu thép, phần nghịch lưu Trong q trình thực hiện, chắn thân chúng em tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 20 tháng 12năm 2001 Sinh viên 56 Đồ án điện tử công suất TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 Điện tử công suất - Nguyễn Bính 11 Phân tích giải mạch điện tử công suất Dương Văn Nghi - Phạm Quốc Hải 12 Bài giảng điện tử công suất thầy Phạm Quốc Hải 13 Bài giảng điện tử công suất thầy Dương Văn Nghi 14 Khí cụ điện - Tô Đằng 15 Điện luyện thép - ĐHBK 16 Điện tử số - Nhà xuất giáo dục 57 ... đồ nguyên lý phân tích ta có dạng dịng điện điên áp nút sau: 34 Đồ án điện tử công suất A 10V 5V B C T 2T D E F tx G ira 35 Đồ án điện tử công suất ira H M P D F N tx Q E tx G 36 Đồ án điện tử. .. ta xét trình nấu thép diễn lò thay đổi đặc tính thép Công suất điện lò đồ án 250kW tơng ứng mẻ nấu đợc khoảng 250kg thép trình nấu thép nh sau: chất mẻ liệu vào lò bắt đàu nấu phần thép bị sụt... luyện kim đưa vào công nghệ nấu thép công nghệ nấu thép cảm ứng Công nghệ thay phương pháp nấu thép truyền thống dùng lị Mactanh Cơng nghệ nấu thép cảm ứng dùng biến tần với phần tử bán dẫn có khả