4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
2.2.1.2Mạch cơng suất
Hình 2.8: Mạch cơng suất
Mạch suất làm nhiệm vụ tạo nguồn nuơi cho mạch điều khiển cũng nhƣ nguồn cấp cho phần tạo HV.
Đối với phần nguồn, mạch sử dụng một biến áp lõi sắt để biến đổi điện áp 220V – 50Hz xuống điện áp 12V -50Hz, sau đĩ nguồn 12V – 50Hz đƣợc đi qua một bộ cầu chỉnh lƣu để chuyển thành một nguồn 1 chiều để đƣa vào mạch điều khiển.
Đối với phần cơng suất tạo HV, sử dụng nguyên lý của nguồn xung dạng push-pull. Đây là dạng kiểu nguồn xung đƣợc truyền cơng suất gián tiếp thơng qua biến áp, cho điện áp đầu ra nhỏ hơn hay lớn hơn so với điện áp đầu vào. Từ một điện áp đầu vào cũng cĩ thể cho nhiều điện áp đầu ra. Nĩ đƣợc gọi là nguồn đẩy kéo [1].
Ở đây, sử dụng 2 van để đĩng cắt biến áp xung và mỗi van dẫn trong 1 nửa chu kì. Khi van Q3 đĩng và Q4 mở thì cuộn dây ở phía sơ cấp nối với Q4 cĩ điện đồng thời cảm ứng sang cuộn thứ cấp và điện áp này sinh ra cĩ cùng cực tính. Khi Q3 mở và Q4 đĩng thì cuộn dây thứ 2 bên phía sơ cấp nối với Q3
cĩ điện, đồng thời cảm ứng sang cuộn thứ cấp và điện áp này sinh ra ngƣợc chiều với điện áp ở trƣờng hợp khi Q4 mở và Q3 đĩng.
Biến áp sử dụng cho việc tạo điện cao áp là loại biến áp lõi ferrit. Biến áp xung là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng 1kHz trở lên nhƣ biến áp trong các bộ nguồn xung, biến áp cao áp. Lõi biến áp xung làm bằng ferit , do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho cơng xuất rất mạnh, so với biến áp nguồn thơng thƣờng cĩ cùng trọng lƣợng thì biến áp xung cĩ thể cho cơng suất mạnh gấp hàng chục lần.
Biến áp xung biến đổi điện áp xung hay cƣờng độ xung. Số vịng dây của biến áp xung thƣờng ít. Lõi của biến áp xung là ferit hay hợp kim pemelọd trong khi lõi của biến áp thƣờng là thép silic. Biến áp xung cộng các tín hiệu xung, biến đổi cực tính của các xung và lọc bỏ thành phần một chiều của dịng điện. Biến áp xung làm tăng biên độ điện áp hoặc dịng mà vẫn duy trì đƣợc dạng xung ban đầu, khơng bị méo. Độ dài xung (ở các máy điều khiển tự động) vào khoảng 0.1 μs, ngắn hơn chu kỳ của điện lƣới hàng nghìn lần, nghĩa là tần số lớn gấp hàng triệu lần, đến kHz.
Đối với các nguồn điện cao áp, biến áp xung luơn là loại biến áp đƣợc sử dụng nhiều nhất, với ƣu điểm về kích thƣớc cũng nhƣ hiệu năng của nĩ. Khả năng tạo đƣợc nguồn điện cao áp hang kV là rất dễ dàng.
Tổn hao lõi với tần số và mật độ từ cảm:
- Tổn hao dịng điện xốy của nĩ bỏ qua khi điện trở suất rất cao.Tổn hao lõi chủ yếu do tổn hao từ trể nhƣng cũng khá thấp.
- Một số chất liệu đƣợc đo đạt sau cho tổn hao lõi là nhỏ ở tần số cao và nhiệt độ cao.
- Yếu tố chính ảnh hƣởng việc chọn lựa chất liệu là đặc tính tổn hao lõi (thƣờng mW/cm3) đối với tần số và mật độ từ cảm.
Hình dạng lõi ferrit cĩ nhiều loại khác nhau nhƣ: Lõi hình chén, lõi RM, EE, PQ, UU, UI, EI…
Đĩng ngắt bằng SCR:
- Sự bất lợi khi dùng linh kiện đĩng mở bằng SCR là chúng ta điều khiển cả hai quá trình kích khởi và ngắt của SCR. Vì vậy làm phức tạp thêm trong quá trình điều khiển và hạn chế việc nâng cao tần số.
- Theo nguyên lý SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi đƣợc kích. Muốn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái tắt thì phải cho IG = 0 và điện thế VAK = 0v, để SCR cĩ thể tắt đƣợc thì thời gian VAK=0 đủ dài. Vậy phải cĩ thêm thời gian tắt SCR.
- Để SCR dẫn điện trong trƣờng hợp điện thế VAK thấp thì phải cĩ dịng điện kích cực G của SCR. Dịng IG min là trị số dịng kích nhỏ nhất đủ để điều khiển SCR dẫn và IG min cĩ trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc cơng suất của SCR. Nếu SCR càng lớn thì IG min càng lớn.
Đĩng ngắt bằng Transistor:
- Cĩ nhiều loại BJT trên thị trƣờng từ những BJT Ge, Si, đến BJT darlington rất tốt, chúng thƣờng làm một số cơng việc nhất định.
- Khi chọn lựa chúng ta phải chú ý đến chế độ họat động của chúng nhƣ: Địên áp cao, tần số giao hốn cao, dịng điện cao. Ngồi ra cịn phải chú ý về giá thành của chúng.
- Để đĩng ngắt các mạch điện tử ngƣời ta dùng các khĩa điện tử. Các khĩa này cĩ hai trạng thái phân biệt.
- Trạng thái đĩng (trạng thái dẫn bão hịa)
-Trạng thái ngắt (trạng thái tắt). Việc chuyển đổi trạng thái này sang trạng thái kia là do tác động của hai tín hiệu điều khiển ở ngõ vào, đồng thời quá trình chuyển trạng thái đƣợc thực hiện với một tần số nhất định.
- Đĩng ngắt bằng Mosfet:
- Mosfet là Transistor hiệu ứng trƣờng (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) là một Transistor đặc biệt cĩ cấu tạo và hoạt động
khác với Transistor thơng thƣờng mà ta đã biết. Mosfet thƣờng cĩ cơng suất lớn hơn rất nhiều so với BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nĩ coi nhƣ là 1 khĩa đĩng mở. Mosfet cĩ nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trƣờng để tạo ra dịng điện, là linh kiện cĩ trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu [1].
- Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đĩng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang điện cơ bản nên Mosfet cĩ thể đĩng cắt với tần số rất cao. Nhƣng mà để đảm bảo thời gian đĩng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng .
- Tính tốn điện áp ngõ ra mạch cơng suất
Dựa vào các đặc điểm của các linh kiện đĩng ngắt trên, ta lựa chọn mosfet để sử dụng cho việc đĩng cắt của mạch cơng suất tạo điện cao áp.
Cơng thức tính đối với mạch cơng suất sử dụng nguyên lý push-pull đối với mơ hình tạo khí ozone ứng dụng kỹ thuật điện cao áp: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
) , , ( ) ( ) 2 ( 3 4 1 2 Q T Q T f N N V V in on on out Trong đĩ:
- Vout là điện áp đầu ra phía thứ cấp. - Vin là điện áp đầu vào phía sơ cấp. - N2 là cuộn dây phía thứ cấp.
- N1 là cuộn dây phía sơ cấp. - f là tần số đĩng cắt.
- Ton,Q3 là thời gian mở van Q3 trong 1 chu kỳ. - Ton,Q4 là thời gian mở van Q4 trong 1 chu kỳ.
Trong mơ hình này, với yêu cầu đầu ra là một điện áp HV 5 kV, từ đĩ ta lựa chọn các thơng số cho mạch cơng suất và điều khiển nhƣ sau:
- Với điện áp đầu vào Vin đƣợc chỉnh lƣu từ nguồn 220V - 50Hz ta cĩ đƣợc nguồn 1 chiều 380V.
- Điện áp đầu ra mong muốn Vout = 5 kV. - Tần số đĩng mở của các van 1 -100 kHz. - Thời gian mở van của Q3 và Q4 là 1/2f. - Số vịng cuộn dây sơ cấp là: N1 = 10 (vịng).
Từ các thơng đã lựa chọn trên, tính đƣợc số vịng của các cuộn dây biến áp xung là:
- Số vịng cuộn dây thứ cấp là: N2 = 310 (vịng).
2.2.2 Khối tạo khí Ozone
Khối tạo khí Ozone gồm cĩ: phần điều chỉnh lƣu lƣợng khí và ống phĩng điện tạo khí Ozone.
Khơng khí đƣợc đƣa vào ống phĩng bằng cách dùng một máy nén khí cĩ cơng suất là: 45 l/min. Khơng khí đƣa qua một van điều chỉnh lƣu lƣợng để cĩ thể điều chỉnh lƣu lƣợng trong quá trình thí nghiệm.
Ống phĩng điện tạo khí Ozone cĩ một số kiểu thiết kế nhƣ sau: - Kiểu bản cực là dây cuốn:
- Đối với loại ống này khả năng tạo khi Ozone sẽ khơng lớn do khe giữa 2 bản cực là ít. Chúng thƣờng đƣợc dùng với các ứng dụng đơn giản và khả năng tạo ít khí Ozone.
● Kiểu bản cực dạng ống:
Hình 2.10: Ống phĩng điện tạo khí ozone bản cực dạng ống
- Ống đƣợc thiết kế với 2 bản cực là ống lồng vào nhau, khoảng cách giữa 2 bản cực là hiệu của đƣờng kính giữa 2 ống. Đƣợc thiết kế để cĩ khả năng tản nhiệt tốt hơn với các loại ống phĩng điện bình thƣờng.
Trong mơ hình này, sử dụng loại ống phĩng điện tạo khí Ozone 2 bản cực dạng ống. Nhằm tăng khả năng tản nhiệt trong qua trình phĩng điện cao áp giữa 2 bản cực.