Đồ án môn học điện tử công suất - Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha

Chia sẻ: Son Nguu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

0
583
lượt xem
229
download

Đồ án môn học điện tử công suất - Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, lò điện trở 3 pha đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: Ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm; ngành công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng; ngành công nghiệp luyện kim; ngành cơ khí …vv. Nhưng phát triển mạnh nhất là trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, bởi vì nó tạo ra được các sản phẩm có ích cho con người, cho xã hội và góp phần đáng kể cho nguồn hàng xuất khẩu của đất nước. Tuy lò điện trở có cấu tạo đơn giản,...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án môn học điện tử công suất - Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha

  1. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, lò điện trở 3 pha đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: Ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm; ngành công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng; ngành công nghiệp luyện kim; ngành cơ khí …vv. Nhưng phát triển mạnh nhất là trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, bởi vì nó tạo ra được các sản phẩm có ích cho con người, cho xã hội và góp phần đáng kể cho nguồn hàng xuất khẩu của đất nước. Tuy lò điện trở có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ sửa chữa, dễ sử dụng mà lại làm việc tin cậy song nó cũng có những hạn chế nhất định như là phải khống chế được nhiệt độ của lò điện trở nhất là các lò có công suất lớn tới vài chục, vài trăm kilowat thì việc thiết kế thiết bị khống chế nhiệt độ theo yêu cầu rất phức tạp và cồng kềnh, giá cả rất đắt. Song ngày nay, với trình độ tiến bộ khoa học kỹ thuật người ta đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được các loại lò điện trở lớn nhỏ với công suất khác nhau, hiệu suất làm việc cao và đáp ứng được yêu cầu công nghệ của các ngành công nghiệp. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ của từng ngành sản xuất mà lò điện trở có những tính năng, tác dụng của yêu cầu của người sử dụng. Chính vì những yêu cầu đó đòi hỏi lò điện trở phải có những tính năng điều chỉnh được nhiệt độ thích hợp với yêu cầu sản xuất và sử dụng được tối đa hiệu suất của lò mà không làm hư hỏng lò hoặc nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở. Nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở cần tuân thủ các yêu cầu cơ bản dưới đây: - Điện áp cấp cho lò ấn định - Tổn hao nhiệt nhỏ. - Hiệu suất làm việc cao - Làm việc an toàn, dễ sử dụng, dễ điều khiển - Đạt được yêu cầu công nghệ -1-
  2. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha - Thiết bị sử dụng đơn giản, gọn nhẹ, chắc chắn, rẻ tiền. - Dễ sửa chữa, thay thế. Tuy nhiên để thiết kế và chế tạo được lò điện trở với đầy đủ yêu cầu trên sẽ không rẻ tiền. Vì vậy ta phải căn cứ vào yêu cầu của từng ngành sản xuất để chọn công suất lò và thiết kế bộ điều chinhr nhiệt độ của lò điện trở thích hợp. -2-
  3. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh C CHƯƠNG 1 G PH HƯƠNG Á CHỌN MẠCH L ÁN N LỰC I.1. THYRIST TOR – NG GUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠ ĐỘNG Ý O ẠT G. Thyristor là phần tử bán dẫ cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạ ra n ẫn p ạo ba tiếp giáp p J1, J2, J3. Thyristo có ba cự anot A, catot K, c điều k p-n or ực: cực khiển G như được b diễn t n biểu trên hình 1 I.2. CÁC THÔ ÔNG SỐ CƠ BẢN C C CỦA THYR RISTOR Các th hông số cơ bản là nh hững thông số dựa và đó ta có thể lựa c g ào ó chọn mộ thyristor cho một ứ dụng c thể nào đ ột r ứng cụ đó. 1. G trị dòng trung b Giá bình cho p phép chạy qua thyri istor, IVtrb Đây là giá trị dòn trung bì cho ph chạy qu thyristor với điều kiện à ng ình hép ua r nhi độ của cấu trúc tin thể bán dẫn của th iệt nh n hyristor kh hông vượt q một gi trị quá iá cho phép. Tro thực tế dòng điệ cho phép chạy qua thyristor còn phụ th o ong ện p a huộc vào các điều kiện làm m và nhi độ môi trường. Th o mát iệt hyristor có thể được gắn ó lên các bộ tản nhiệt tiêu chuẩn và làm mát tự nhiên. N n à Ngoài ra th hyristor có thể ó tản được làm mát cưỡn bức nhờ quạt gió hoặc dùng nước để t nhiệt lư n m ng ờ g tải ượng toả ra nhanh hơn. Nói c ả chung có th lựa chọn dòng điệ theo các điều kiện làm hể n ện c má như sau: át - Làm mát tự nhi Dòng s dụng ch phép đế 1/3 dòng IVtrb iên: sử ho ến g
  4. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh - Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: Dòng sử d g g dụng bằng 2/3 IVtrb 2 - Làm mát cưỡng bức bằng nước: Có thể sử dụn đến 100 dòng IV g g ng 0% Vtrb 2. Đ Điện áp ng gược cho phép lớn n p nhất, Ungm max Đây là giá trị điệ áp ngượ lớn nhất cho phép đặt lên th à ện ợc t p hyristor. Tr rong các ứng dụng phải đảm bảo rằng tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa an – c g m m not cat UAK luô nhỏ hơn hoặc bằn Ungmax. Ngoài ra p tot ôn n ng phải đảm b một độ dự bảo ộ trữ nhất định về điện á nghĩa là Ungmax ph được ch ít nhất là bằng 1 – ữ h áp, à hải họn t 1,2 1,5 lần giá trị biên độ lớ nhất của điện áp tr sơ đồ. 5 ị ớn a rên 3. T Thời gian phục hồi tính chất khoá của thyristor , tr (μs) Đây là thời gian tối thiểu p à phải đặt điện áp âm l giữa an – catot của lên not t yristor sau khi dòng anot – cat đã về b thy tot bằng không trước kh lại có thể có g hi điệ áp UAK dương mà thyristor vẫn khoá. tr là một thông số rất quan tr ện à . rọng của thyristor nhất là tro các bộ nghịch lư phụ thu hoặc n a ong ộ ưu uộc nghịch lưu độc lập trong đó phải luôn đảm bảo rằng thời gian dành cho quá tr p, ó n rình khoá phải bằn 1,5 – 2 lần tr. ng dU 4. T độ tăn điện áp cho phép Tốc ng p p (V / μs ) dt Thyristor được sử dụng như một phần từ có điề khiển, ng là mặ dù ử ư n ều ghĩa ặc khi được phâ cực thuậ (UAK > 0) nhưng vẫn phải c tín hiệu điều khiển thì i ân ận có n nó mới cho phép dòng điện chạy qua. Khi t p thyristor đư phân cực thuận p ược c phần lớn điện áp rơ trên lớp tiếp giáp J2 như đượ chỉ ra trê hình 6 n ơi ợc ên
  5. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược lên độ dày của nó nở ra tạo ra vùng không gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua. Vùng không gian này có thể coi như một tụ điện có điện dụng CJ2. Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn dòng điện của tụ có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trò như dòng điều khiển. Kết quả là thyristor có thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp với dU các thyristor tần số cao. ở thyristor tần số thấp vào khoảng 50 – 200 V/μs, dt dU với các thyristor tần số cao có thể đạt đến 500 – 2000 V/μs. dt dI 5. Tốc độ tăng dòng cho phép (A/μs) dt Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của nó đều dẫn dòng điện đồng đều. Dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ở một số điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan toả dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết diện. Nếu tốc độ tăng dòng quá lớn có thể dẫn đến mật độ dòng điện ở các điểm dẫn ban đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá mãnh liệt có thể sẽ dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn. dI Tốc độ tăng dòng cho phép cũng phân biệt ở thyristor tần số thấp có dt dI khoảng 50 – 100 A/μs với các thyristor có tần số cao khoảng 500 – 2000 dt A/μs. Trong các bộ biến đổi phải luôn luôn có biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng ở dưới giá trị cho phép. Điều này đạt được nhờ mắc nối tiếp với các phần tử bán dẫn những điện kháng nhỏ, lõi không khí hoặc đơn giản hơn là các xuyến ferit lồng lên nhau. Các xuyến ferit được dùng rất phổ biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến lồng lên thanh dẫn. Xuyến ferit còn có tính chất của cuộn cảm bão hoà, khi dòng qua thanh -5-
  6. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha dẫn còn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng. Khi dòng đã lớn ferit bị bão hoà từ, điện cảm giảm gần như bằng không. Vì vậy cuộn kháng kiểu này không gây sụt áp trong chế độ dòng định mức chạy qua dây dẫn. I.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHẦN TỬ NỐI SONG SONG VỚI CỰC ĐIỀU KHIỂN. 1. ảnh hưởng của điện trở nối song song với cuặc điều khiển. Điện trở này ảnh hưởng rất lớn đến Tiristo: a. Làm tăng giá trị dòng qua van Ia cần thiết để mở được và duy trì cho van dẫn vì điện trở này rẽ nhánh dòng qua va qua nó. b. hạn chế ảnh hưởng của tốc độ tăng áp du/dt, nó sẽ dẫn bớt dòng ký sinh có hại này qua nó, giảm bớt tác động này đến cực điều khiển. c. Tiristo có độ nhạy cao thường bắt buộc phải có điện trở này để dẫn dòng nhiệt (dòng diện rò ) qua nó để tránh Tiristo bị mở vì dòng này. d. Làm giảm hệ số khuếch đại vùng n1-p2-n2 dẫn đến làm tăng điện áp chuyển mạch của van. e. Làm giảm được thời gian hồi phục tính chất khoá cho Tiristo vì nó tạo thành mạch thoát cho các điện tích dư tích tụ trong vùng p2 và n2. Nhìn chung để đánh giá chi tiết hơn cần biết giá trị của RG, RS. Tuy nhiên quy luật chung của các điện trở này là: Tiristo càng nhỏ thì trị số RS càng lớn ( đôi khi coi rằng RS= ∞ ) Giá trị RG phụ thuộc vào kích thước tinh thể bán dẫn, tinh thể càng lớn giá trị RG càng nhỏ. 2. ảnh hưởng của tụ điện nối song song với cực điều khiển. a. Làm giảm ảnh hưởng của tốc độ tăng hợp du/dt gần như của điện trở, tuy nhiên chỉ có tác dụng ở tần số cao đó do đó, khác với điện trở, tụ điện rất có ích để chống nhiễm cao tần ảnh hưởng từ mạng điện lực tới mà không gây hậu quả ở khu vực tần số thấp, nhất là với dòng ổn định một chiều. -6-
  7. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha b. Làm giảm độ dốc cả xung điều khiển mở van, dẫn đến ké dài hơn thời gian mở van cũng như thời gian thời gian tăng dòng Ia, do đó không có lợi trong những mạch cần có tốc độ tăng dòng lớn. c. Khi van đã dẫn điện áp trên trên tụ điện này có trị số xấp xỉ sụt áp trên van (cỡ 1÷ 2V ). Điện áp này nói chung lớn hơn điện áp tối thiểu để mở van. Khi van khoá lại sau đó lại có điện áp dương đặt trở lại thì dòng điện phóng ra từ tụ điện này có thể làm van mở ra không cần có dòng điều khiển thực hiện nữa ( ví dụ van làm việc ở tần số 50 Hz, nếu tụ đủ lớn để kéo dài dòng phóng quá 10ms sẽ làm van mở ngay ở nửa chu kỳ điện áp trên van dương trở lại.) 3. ảnh hưởng của điện áp âm đặt lên cực điều khiển. Điện áp trên cực điều khiển không được âm quá trị số cho phép của từng loại van ( thường giới hạn ở mức 5V ). Vì vậy khi van làm việc có khả năng xuất hiện điện áp âm quá mức trên cực điều khiển cần có biện áp hạn chế trước mà thông dụng nhất là đấu thêm điốt nối tiếp song song với cực điều khiển như trên hình 4. ảnh hưởng của điện áp dương trên cực điều khiển khi điện áp trên van lại âm, điều này có thể dẫn đến sự phát nhiệt quá mức ở cực điều khiển làm hỏng van. Nhìn chung nên hạn chế các tình trạng: UGK>0 trong khi UAk 0, phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ III gọi là đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp UAK < 0. a. Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (IG = 0) Khi dòng vào cực điều khiển của Thyristor bằng 0 hay khi hở mạch cực điều khiển Thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cực điện áp giữa anot – catot. Khi điện áp UAK < 0 theo cấu tạo bán dẫn của Thyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như -7-
  8. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh vậy Thyristor sẽ sẽ giố như ha đi ốt mắ nối tiếp bị phân cự ngược. Qua y r ống ai ắc ực hyristor sẽ chỉ có một dòng điệ rất nhỏ chạy qua, gọi là dòn rò. Khi UAK Th ện ng tăn đạt đến một giá trị điện áp lớ nhất Ungmax sẽ xảy ra hiện tư ng ị ớn n y ượng Thyri istor bị đánh thủng, dòng đi có thể tăng lên rấ lớn. Giố như ở đoạn đặc tính iện ất ống ngư của đi ốt quá tr ược đ rình bị đán thủng là quá trìn không t đảo ng nh l nh thể gược đượ nghĩa l nếu có g ợc, là giảm điện á UAK xuố dưới m Ungmax thì dòng điện áp ống mức x cũn không g ng giảm được về mức dò rò. Thy òng yristor đã b hỏng. bị Khi tăn điện áp anot – cat theo chi thuận UAK > 0 lúc đầu cũng chỉ ng tot iều g có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi l dòng rò Điện trở tương đư g là ò. ở ương mạ anot – catot vẫn c giá trị rấ lớn. Khi đó tiếp gi J1, J3 ph cực th ạch có ất i iáp hân huận, J2 p phân cực ngược. Ch đến khi UAK tăng đạt đến g trị điện áp thuận lớn ho i g giá n n nhấ Uthmax sẽ xảy ra hi tượng điện trở tư ất ẽ iện ương đươn mạch an – catot đột ng not t ngộ giảm, d ột dòng điện c thể chạ qua Thy có ạy yristor và g trị sẽ c bị giới hạn giá chỉ bởi i điệ trở tải ở mạch ngoài. Nếu k đó dòn qua Thy ện khi ng yristor có g trị lớn hơn giá mộ mực dòn tối thiểu gọi là dò duy trì Idt thì khi đó thyristo sẽ dẫn d ột ng u, òng or dòng trên đường đ tính thu giống như đườn đặc tính thuận ở đ ốt. Đoạn đặc n đặc uận, ng h đi n tính thuận đư đặc trư bởi tín chất dòn có thể c giá trị lớ nhưng điện h ược ưng nh ng có ớn
  9. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha áp rơi trên anot – catot thì nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị của dòng điện. b. Trường hợp có dòng điện vào cực điều khiển (IG > 0) Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và catot thì quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uthmax. Điều này được mô tả trên hình 1.7 bằng những đường nét đứt, ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau IG1, IG2, IG3.. Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ hơn. I.5. MỞ VÀ KHOÁ THYRISTOR Thyristor có đặc tính giống như điôt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều, từ anot đến catot và cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại. Tuy nhiên khác với điôt, để thyristor có thể dẫn dòng ngoài điều kiện phải có điện áp UAK > 0 còn cần thêm một số điều khiển khác. Do đó thyristor được coi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với điôt là phần tử không điều khiển được. 1. Mở thyristor Khi được phân cực thuận UAK > 0 thyristor có thể mở bằng hai cách. Thứ nhất có thể tăng điện áp anot- catot cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất , Uthmax khi đó điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp mở này trong thực tế không được áp dụng và còn nguyên nhân mở không mong muốn vì không phải lúc nào cũng có thể tăng được điện áp đến giá trị Uthmax. Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp thyristor tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp nhiễu tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước. Phương pháp thứ hai là phương pháp được áp dụng thực tế là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot – catot nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anot – -9-
  10. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh cat lớn hơn một giá tr nhất định gọi là dò duy trì (Idt) thì th tot n rị h, òng ì hyristor sẽ tiếp tục cho trạng thái mở d dòng m không cần đến sự tồn tại của xung d c g dẫn mà c dòng điề khiển nữ Điều nà nghĩa là có thể điề khiển m các thyr ều ữa. ày à ều mở ristor bằng các g xun dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công su của mạ điều kh ng ó t uất ạch hiển có thể là rất nhỏ, so vớ công suất của mạc lực mà thyristor l một phầ tử ới ch là ần đón cắt, khố chế dò điện. ng ống òng 2. K Khoá thyr ristor Một th hyristor đa dẫn dò sẽ trở v trạng th khoá (đ ang òng về hái điện trở tư ương đươ mạch anot – cato tăng cao nếu dòng điện giảm xuống, n hơn gi trị ơng ot o) m nhỏ iá dòn duy trì Idt. Tuy n ng nhiên để th hyristor vẫn ở trạng t n thái khoá, với trở kh háng cao khi điện áp anot – catot lại dương (UAK > 0) cầ phải có một thời gian o, n U ần nhấ định để các lớp tiế giáp ph hồi hoà toàn tính chất cản trở dòng điện ất ếp hục àn n của mình. Kh thyristor dẫn dòng theo chiề thuận UAK > 0, ha lớp tiếp giáp a hi r g ều ai J1, J3 phân cự thuận, c điện tíc đi qua h lớp này dễ dàng và lấp đầy tiếp ực các ch hai y v giá J2 đang bị phân cự ngược. Vì vậy mà dòng điện có thể ch qua ba lớp áp ực à n hảy a tiếp giáp J1, J2, J3. Để khoá thyri p istor lại cầ giảm dò anot – catot về d ần òng dưới mứ dòng du trì (Idt) và đặt mộ điện áp ngược lên anot – ca (UAK < 0) ức uy ột n atot trong một kh hiểu, gọi là thời gian phục hồi, tr. Trong thời hoảng thời gian tối th à n , gia phục hồ có một dòng điện ngược ch giữa catot và an Dòng điện an ồi n hạy not. điện tích r khỏi tiếp giáp J2 v nạp điệ cho tụ điện ngư này d tản các đ ược di ra và ện tươ đương của hai tiếp giáp J1, J3 lúc này đang bị p ơng g y ngược. Kết quả phân cực n là k năng cản trở dò điện củ J1. J3, được phục hồi. Thời gian phục hồi khả c òng ủa đ c phụ thuộc và lượng đi tích cầ được di tản ra ngo cấu trú bán dẫn của ụ ào iện ần oài úc n thy yristor và nạp điện ch tiếp giáp J1, J3. n ho p Quá trì khoá m thyristo được mô tả trên đồ thị hình 3. ình một or ô ồ 3 Theo h hình 3 phầ điện tích gạch ché dưới đư ần h éo ường dòng điện là lư ượng điệ tích Q cần di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn của th ện a u hyristor.
  11. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh Hình 3. Quá trình khoá một thyristor, ý nghĩa củ thời gia phục hồi tr 3 h , ủa an i, Thời g gian phục hồi là m trong những thô một ông số qu trọng của uan yristor thời gian phục hồi xác đ thy i c định dải tầ số làm v của th ần việc hyristor, tr, có giá trị cỡ 5 – 50 μs đối với các th á i hyristor tần số cao và cỡ 50 – 2 μs đối với n à 200 i các thyristor tần số thấp c p. I.6. CÁC YẾU CẦU ĐỐ VỚI TÍN HIỆU ĐI U ỐI N IỀU KHIỂ THYRISTOR ỂN Quan h giữa điệ áp trên cực điều k hệ ện khiển và ca với dòng điện đi vào atot cực điều khiể xác định các yêu c đối với tín hiệu đ khiển thyristor . Với c ển h cầu i điều cùn một loạ thyristor nhà sản x ng ại r xuất sẽ cun cấp một họ đặc tín điều kh ng t nh hiển, ví dụ như trê hình 4, trên đó có thể thấy được các đ tính giới hạn về điện ên ó đ đặc áp và dòng đ điện nhỏ nh ứng vớ một nhi độ môi trường nh định mà tín hất, ới iệt hất à hiệ điều khi phải đả bảo để mở được c ệu iển ảm chắc chắn m thyrist Dòng điều một tor. khi đi qua tiếp giáp p-n giữa c điều khiển và ca cũng l iển cực k atot làm phát n nóng tiếp giáp này Vì vậy t hiệu điề khiển c p y. tín ều cũng phải b hạn chế về công s bị ế suất. điều khiển phụ thuộc thời gian Nếu tín hiệu Cô suất giới hạn của tín hiệu đ ông a n c n. điề khiển là một xung có độ rộng càng n ều à g ngắn thì cô suất ch phép có thể ông ho ó càn lớn. ng
  12. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha Sơ đồ tiêu biểu của một mạch khuếch đại xung điều khiển thyristor được cho trên hình 5. Khoá Transistor T được điều khiển bởi một xung có độ rộng nhất định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp biến áp xung. Xung điều khiển đưa đến cực điều khiển của thyristor ở bên phía cuộn thứ cấp. Như vậy mạch lực được cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển bởi biến áp xung. Điện trở R hạn chế dòng qua transistor và xác định nội trở của nguồn tín hiệu điều khiển. Điôt D1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp cung khi transistor T khoá lại để chống quá áp trên T. Điot D2 ngăn xung âm và cực điều khiển. Điot D3 mắc song song với cực điều khiển và có thể song song với tụ C có tác dụng giảm quá áp trên tiếp giáp G – K khi thyristor bị phân cực ngược. +Un R bax D2 V D1 D3 C T Hình 5 - 12 -
  13. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha II. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP II.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG. Các bộ điện áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi được điện áp xoay chiều ra tải. Do tải đòi hỏi dòng điện xoay chiều nên phải dùng loại van bán dẫn là TRIAC hoặc ghép hai van dẫn một chiều song song ngược nhau để mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải: Như vậy có thể ghép 2 thyistor với nhau (gọi là kiểu đối xứng ) hoặc 1 thyristor với 1 điôt. ĐAXC dùng van bán dẫn có đầy đủ các ưu điểm của nhưng mạch công suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: Dễ điều chỉnh và tự động hoá, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kích thước gọn, dễ thay thế. Thích hợp với quá trình hiện đại hoá, tập chung hoá các quá trình công nghệ...Nhược điểm chung và cơ bản của ĐAXC là điện áp ra tải không sin trong toàn dải điều chỉnh. Điện áp trên tải chỉ sin khi đưa toàn bộ điện áp nguồn ra tải, do vậy độ méo điện áp trên tải sẽ càng lớn khi điều chỉnh càng sâu, thành phần sóng dài khá cao. Với những tải yêu cầu nghiêm ngặt về độ méo và thành phần sóng dài không thể dùng ĐAXC được. Do vậy ứng dụng chủ yếu của nó là cho dạng tải có tính thuần trở: - Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệ chiếu sáng. - Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách khống chế công suất đưa vào lò. - ĐAXC cùng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ. Nhưng chỉ phù hợp với phụ tải của động cơ dạng quạt gió hoặc máy bơm li tâm với phạm vi điều chỉnh không lớn. ĐAXC thích hợp với các chế độ như khởi động, đóng ngắt tải cho động cơ điện. - ĐAXC cũng được dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp các biến áp lực và thông qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể dùng dòng điện xoay chiều hoặc một chiều ( chỉnh lưu điôt phía thứ cấp ) khi rơi vào hai trường - 13 -
  14. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha hợp sau : a/. điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp như dòng điện thứ cấp rất lớn. b/. điện áp thứ cấp mà tải yêu càu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn. Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của van bán dẫn. Các van làm việc với điện áp xoay chiều nên được khoá tự nhiên bằng điện áp nguồn và cũng chịu các ảnh hưởng của lưới điện đến van, kiểu điều khiển van cũng là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều.đặc trưng khác biệt và các cơ sở do tính toán. - 14 -
  15. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha II.2 XUNG ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA 1. Các ơ đồ ứng dụng. A B C A B C v1 v4 v3 v6 v5 v2 ZA ZB ZC v1 v2 ZA ZB ZC v3 ZAB ZBC ZCA Hình 7 Hình 7. Sơ đồ XAAC 3 pha a, tải có thể dấu Y hoặc **: b, thyristor V1, V2, V3, sẽ tạo thành điểm chung tính giả cho tải ZA, Zb, Zc,. XAAC 3 pha có thể thực hiện theo các phương án như trên hình 7. Sơ đồ (a) có thể áp dụng bán điều khiển, ví dụ thay V4, V6, V2 bằng 3 điôt. 2. Ưu nhược điểm của sơ đồ - Các sơ đồ XAAC nói chung đều đơn giản, do đó cho hiệu quả cao trong quá trình điều chỉnh điện áp xoay chiều. - Tuy nhiên dạng điện áp ra phụ thuộc rất nhiều vào góc độ điều khiển và tính chất của tải. Dạng điện áp ra cũng rất không sin. - Phù hợp với các ưng dụng yêu cầu công suất vừa và nhỏ, nhất là với tải thuần trở vì khi đó dạng điện áp trên tải không yêu cầu khắt khe. - Với công suất lớn có thể áp dụng trong những trường hợp dải điều chỉnh điện áp yêu cầu hẹp hoặc quá trình điều chỉnh chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn, ví dụ trong các bộ khởi động cơ. - 15 -
  16. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh - Tron mọi trườ hợp ph có biện pháp trán ảnh hư ng ờng hải n nh ưởng của nhiễu ra ngoài lưới diện do đ i đường điện không si Ví dụ p n in. phải lắp th hêm các bộ lọc ộ đầu vào. u - Có th cải thiện đáng kể đ tính củ XAAC n sử dụn các van điều hể n đặc ủa nếu ng khi hoàn to Khi đó việc điều chỉnh sẽ áp dụng p iển oàn. đ u phương phá điều chế độ áp rộn xung ở mỗi nửa ch kỳ điện áp lưới. ng m hu 3. P Phân tích s hoạt độn của sơ đ sự ng đồ Để phâ tích sự hoạt động của sơ đ ta phải xác định lúc nào 3 pha ân g đồ cùn dẫn, lúc nào chỉ có 2 pha dẫ cũng nh khoảng dẫn của cá van. Ta hãy ng c c ẫn hư ác xét sơ đồ (a) với tải Y thuần trở, ZA= ZB= ZC. Đồ thị dạng điện áp trên tải với t t i góc điều khiể α=300. d c ển dược biểu diễn trên hình 8 h Hìn 8. Đồ th dạng điệ nh hị ện áp trên tải vớ góc ới điề khiển α=300. ều α sơ đồ (a)
  17. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha Góc điều khiển trong XAAC được tính từ thời điểm điện áp nguồn qua không. Ta cần lưu ý rằng trong hệ thống điện áp 3 pha dòng có thể chảy qua cả 3 pha hoặc chỉ qua 2 pha. Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi ph đúng bằng điện áp pha. Khi dòng chảy qua hai pha thì điện áp trên các pha tương ứng sẽ bằng một nửa điện áp dây. Như trên đồ thị 8 với 01≤ 0≤ 02 dòng có thể chay qua cả 3 pha. Khi đó V1 dẫn ở pha A, V6 dẫn ở pha B, V5 dẫn ở pha C. uZA=uA Với 02≤ 0≤ 03 ở pha C dòng không thể chảy qua V5 được nữa vì uc đã đảo chiều nên chỉ còn lại V1 dẫn dòng ở pha A cùng với V6 ở pha B. Do đó: 1 u ZA = u AB 2 Với 03≤ 0≤ 04 ở pha C, V2 nhận được tín hiệu điều khiển nên sẽ có 3 van dẫn ở 3 pha là V1, V2, V6. Do đó: uZA=uA Với 04≤ 0≤ 05 ở pha B, V6 không thể dẫn được nữa vì uB đã đảo chiều, chỉ còn V1, V2 dẫn: 1 u ZA = u AC 2 Với 05≤ 0≤ 06, V3 sẽ vào dẫn cùng với V1, V2: uZA=uA Với 06≤ 0≤ 07: uZA=0 bằng tính chất đối xứng có thẻ xác định được điện áp trên ZA trong nửa chu kỳ còn lại. Từ phân tích trên có thể thấy rằng: Với 0 ≤ α≤ 600 có các giai đoạn 3 van và 2 van cùng dẫn. Với 600 ≤ α≤ 900 chỉ có các giai đoạn 2 van cùng dẫn. Với 900 ≤ α≤ 1500 chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn hoặc không có van nào dẫn cả. - 17 -
  18. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh Ví dụ về dạng đi áp trên tải với gó điều khiển α=900 được cho trên iện n óc hìn 9 nh Hìn 9. Dạng điện áp nh g trên tải với gó điều n óc khi α=900 iển
  19. Đồ án môn họ điện tử côn suất ồ ọc ng Thiết kế bộ điều chỉn nhiệt độ lò điện trở 3 pha ế ỉnh C CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN TH T HIẾT KẾ CHỌN M MẠCH LỰC CHO BỘ ĐIỀU C CHỈNH NHIỆT ĐỘ LÒ Đ H ĐIỆN TRỞ 3 PHA. Ở Vì tải thuần trở nên để tiệ dụng ta sử dụng bộ biến đổi xung áp x ện i xoay chi 3 pha c mạch lực. iều cho Với cá phần tử b vệ mạch lực ác bảo - Bảo v quá trìn cho van Sử dụng R1C mắc so song với van vệ nh ong v - Bảo v tốc độ tă dòng d vệ ăng di/dt cho v Sử dụn cuộn cảm L. van: ng Sơ đồ mạch l ơ lực: Tính chọn van mạch động lực. I. T Để đảm bảo cho mạch ho động một cách tin cậy khi làm việc với m o oạt m i dòn điện lớn điện áp cao, công suất phát nhiệt mạnh tránh đư hiện tư ng n, n h, ược ượng van tự mở kh không cầ xung điề khiển ta phải chọn van 1 các hợp lý. n hi ần ều a n ch Với cô suất tải Pđm=30kw ông i w Vì tải t thuần trở n ta có: nên Pdm Pdm = 3.U f .I tdm ⇒ I ttdm = 3U f
  20. Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha 30.000 I tdm = = 45,45( A) 3.220 Dòng điện tức thời qua van i(v) = 2.I tdm .sin θ ( A) i(v) = 2.45,45 sinθ = 64,3 sinθ (A) ậy dòng điện trung bình qua van là: π 1 64,3 I tbv = ∫ 64,3. sin θdθ = 2π (− cosθ ) 2π 0 64,3 ⎡ 64,3 ⎤ I tbv = .1 − ⎢ (−1)⎥ = 20,48 (A) 6,28 ⎣ 6,28 ⎦ - Tính điện áp ngược đặt lên van: Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: U ng max = 6U d = 6 .380 ≈ 930(V ) Chọn cách làm mát bằng cách tản nhiệt và quạt gió. Hệ số dự trữ điện áp: Ka=2,0 Hệ số dự trữ dòng điện : Ki=1,5 Vậy ta có: Ungmaxthực = Kc.Ungmax = 2.930 = 1860 (V) ItbthựcV = Ki . Itbv = 1,5.20,48 = 30,72 (A) Chọn 6 Thyristor mã hiệu: T11 – 40 do Liên Xô chế tạo với các tham số: Kí Icp(A IX Id Idò Cấp Cấp Cấp Cấp ΔU Uđk Iđk hiệu ) (A) (A) (mA) điện du/dt tph di/dt (V) (V) (mA) áp T11- 40 360 600 20 13- 2-4 1 2 2,7 5 200 40 22 - 20 -

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản