Lo Dien Tro
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View Lo Dien Tro as PDF for free.
More details
- Words: 10,665
- Pages: 43
Ch¬ng 1 tæng quan vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn I-Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn 1 - §Þnh nghÜa Lß ®iÖn lµ mét thiÕt bÞ ®iÖn biÕn ®iÖn n¨ng thµnh nhiÖt n¨ng dïng trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nhau nh nung hoÆc nÊu luyÖn c¸c vËt liÖu, c¸c kim lo¹i vµ c¸c hîp kim kh¸c nhau v.v... - Lß ®iÖn ®îc sö dông réng r·i trong c¸c lÜnh vùc kü thuËt : + S¶n xuÊt thÐp chÊt lîng cao + S¶n xuÊt c¸c hîp kim phe-r« + NhiÖt luyÖn vµ ho¸ nhiÖt luyÖn + Nung c¸c vËt phÈm tríc khi c¸n, rÌn dËp, kÐo sîi + S¶n xuÊt ®óc vµ kim lo¹i bét - Trong c¸c lÜnh vùc c«ng nghiÖp kh¸c : + Trong c«ng nghiÖp nhÑ vµ thùc phÈm, lß ®iÖn ®îc dïng ®Ó sÊt, m¹ vËt phÈm vµ chuÈn bÞ thùc phÈm + Trong c¸c lÜnh vùc kh¸c, lß ®iÖn ®îc dïng ®Ó s¶n xuÊt c¸c vËt phÈm thuû tinh, gèm sø, c¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa v.v... Lß ®iÖn kh«ng nh÷ng cã mÆt trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp mµ ngµy cµng ®îc dïng phæ biÕn trong ®êi sèng sinh ho¹t hµng ngµy cña con ngêi mét c¸ch phong phó vµ ®a d¹ng : BÕp ®iÖn, nåi nÊu c¬m ®iÖn, b×nh ®un níc ®iÖn, thiÕt bÞ nung r¾n, sÊy ®iÖn v.v... 2 - ¦u ®iÓm cña lß ®iÖn so víi c¸c lß sö dông nhiªn liÖu Lß ®iÖn so víi c¸c lß sö dông nhiªn liÖu cã nh÷ng u ®iÓm sau : Cã kh¶ n¨ng t¹o ®îc nhiÖt ®é cao do mang n¨ng lîng tËp trung trong mét thÓ tÝch nhá Do n¨ng lîng tËp trung cao nªn lß ®iÖn cã kh¶ n¨ng ®¶m b¶o tèc ®é nung lín vµ n¨ng suÊt thiÕt bÞ cao B»ng c¸ch ph©n bè hîp lÝ nguån nhiÖt ph¸t ra,lß ®iÖn cã kh¶ n¨ng ®¶m b¶o nung ®Òu vµ chÝnh x¸c,dÔ ®iÒu chØnh chÕ ®é ®iÖn vµ nhiÖt ®é Lß ®iÖn kÝn nªn cã kh¶ n¨ng nung trong ch©n kh«ng hoÆc trong m«i trêng cã khÝ b¶o vÖ.C¸c ®iÒu kiÖn trªn cho phÐp tiÕn hµnh nung vµ luyÖn kim lo¹i vµ hîp kim Ýt bÞ ch¸y ,kh«ng tèn kÐm nhiÒu Cã kh¶ n¨ng c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh chÊt dì nguyªn liÖu vµ vËn chuyÔn vËt phÈm §¶m b¶o ®iÒu khiÖn lao ®éng hîp vÖ sinh vµ kh«ng cã tiÕng ån,khãi, ®iÒu kiÖn thao t¸c tèt, thiÕt bÞ gän nhÑ
3 - Nhîc ®iÓm cña lß ®iÖn N¨ng lîng ®iÖn t¬ng ®èi ®¾t so víi dÇu Mazuts vµ khÝ.Trong mét sè trêng hîp,lß ®iÖn phøc t¹p h¬n vÒ cÊu t¹o vµ khi sö dông yªu cÇu cã tr×ng ®é kÜ thuËt cao.Trong thêi ®¹i ngµy nay ,qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ph¸t triÓn cao,lß ®iÖn cã thÓ ®îc ®iÒu khiÓn b»ng kÜ thuËt sè do ®ã ph¶i cã tr×nh ®é kÜ thuËt cao míi ®¸p øng ®îc. II-Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn trë 1 - Nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë lµm viÖc dùa trªn c¬ së khi cã mét dßng ®iÖn ch¹y qua mét d©y dÉn hoÆc vËt dÉn th× ë ®ã sÏ to¶ ra mét lîng nhiÖt theo ®Þnh luËt Jun-Lenx¬ : Q=I2R*t Q - Lîng nhiÖt tÝnh b»ng Jun (J) I - Dßng ®iÖn tÝnh b»ng Ampe (A) R - §iÖn trë tÝnh b»ng ¤m T - Thêi gian tÝnh b»ng gi©y (s) Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy ®iÖn trë R cã thÓ ®ãng vai trß : VËt nung : Trêng hîp nµy gäi lµ nung trùc tiÕp D©y nung : Khi d©y nung ®îc nung nãng nã sÏ truyÒn nhiÖt cho vËt nung b»ng bøc x¹, ®èi lu, dÉn nhiÖt hoÆc phøc hîp. Trêng hîp nµy gäi lµ nung gi¸n tiÕp. +Trêng hîp thø nhÊt Ýt gÆp v× nã chØ dïng ®Ó nung nh÷ng vËt cã h×nh d¹ng ®¬n gi¶n ( tiÕt diÖn ch÷ nhËt, vu«ng vµ trßn ) +Trêng hîp thø hai thêng gÆp nhiÒu trong thùc tÕ c«ng nghiÖp. Cho nªn nãi ®Õn lß ®iÖn trë kh«ng thÓ kh«ng ®Ò cËp ®Õn vËt liÒu ®Ó lµm d©y nung, bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß. 2 - Nh÷ng vËt liÖu dïng lµm d©y nung a) - Yªu cÇu cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung D©y nung lµ bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß, lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt do ®ã ®ßi hái ph¶i ®¶m b¶o c¸c yÒu cÇu sau : + ChÞu nãng tèt, Ýt bÞ «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao + Ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc cao, kh«ng bÞ biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao + §iÖn trë suÊt ph¶i lín + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ph¶i nhá + C¸c tÝnh chÊt ®iÖn ph¶i cè ®Þnh hoÆc Ýt thay ®æi + C¸c kÝch thíc ph¶i kh«ng thay ®æi khi sö dông + DÔ gia c«ng, dÔ hµn ho¨c dÔ Ðp khu«n 2
b)- D©y nung kim lo¹i §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu cña d©y nung, trong hÇu hÕt c¸c lß ®iÖn trë c«ng nghiÖp, d©y nung kim lo¹i ®Òu ®îc chÕ t¹o b»ng c¸c hîp kim Cr«m-Nh«m vµ Cr«m-Niken lµ c¸c hîp kim cã ®iÖn trë lín. Cßn c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt ®îc dïng ®Ó chÕ t¹o d©y nung rÊt hiÕm v× c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt thêng cã nh÷ng tÝnh chÊt kh«ng cã lîi cho viÖc chÕ t¹o d©y nung nh : + §iÖn trë suÊt nhá + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë lín + BÞ «xy ho¸ m¹nh trong m«i trêng khÝ quyÔn b×nh thêng +D©y nung kim lo¹i thêng ®îc chÕ t¹o ë d¹ng trßn vµ d¹ng b¨ng c) - D©y nung phi kim lo¹i D©y nung phi kim lo¹i dïng phæ biÕn lµ SiC, grafit vµ than. III-CÊu t¹o lß ®iÖn trë A- Nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi cÊu t¹o lß ®iÖn 1 - Hîp lý vÒ c«ng nghÖ Hîp lý vÒ c«ng nghÖ cã nghÜa lµ cÊu t¹o lß kh«ng nh÷ng phï hîp víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ yªu cÇu mµ cän tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng sö dông nã ®èi víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nÕu nh kh«ng lµm phøc t¹p qu¸ tr×nh gia c«ng vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh mét c¸ch râ rÖt. CÊu tróc lß ®¶m b¶o ®îc c¸c ®iÒu kiÖn nh thÕ míi coi lµ hîp lý nhÊt. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng trong khi nhu cÇy vÒ lß ®iÖn vît xa kh¶ n¨ng s¶n xuÊt ra nã. 2 - HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt lµ kh¶ n¨ng biÓu thÞ hiªu suÊt cùc ®¹i cña kÕt cÊu khi c¸c th«ng sè cña nã x¸c ®Þnh ( kÝch thíc ngoµi, c«ng suÊt, träng lîng gi¸ thµnhv.v... ). §èi víi mét thiÕt bÞ hoÆc mét vËt phÈm s¶n xuÊt ra, n¨ng suÊt trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Þnh møc, suÊt tiªu hao ®iÖn ®Ó nung v.v... lµ c¸c chØ tiªu cë b¶n cña hiÖu qu¶ kü thuËt. Cßn ®èi víi tõng phÇn riªng biÖt cña kÕt cÊu hoÆc chi tiÕt, hiÖu qu¶ kü thuËt ®îc ®¸nh gi¸ b»ng c«ng suÊt dÉn ®éng, m« men xo¾n, lùc v.v... øng víi träng lîng, kÝch thíc hoÆc gi¸ thµnh kÕt cÊu. 3 - Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña chÊt lîng kÕt cÊu cña c¸c lß ®iÖn. Thêng c¸c lß ®iÖn lµm viªc liªn tôc trong mét ca, hai ca vµ ngay c¶ ba ca mét ngµy. NÕu trong khi lµm viÖc, mét bé phËn nµo ®ã kh«ng hoµn h¶o sÏ ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh s¶n suÊt chung. §iÒu nµy 3
®Æc biÖt quan träng ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc liªn tôc trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng. Ngay ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc chu kú, lß ngõng còng lµm thiÖt h¹i râ rÖt cho s¶n xuÊt v× khi ngõng lß ®ét ngét ( nghÜa lµ ph¸ huû chÕ ®é lµm viÖc b×nh thêng vña lß ) cã thÓ dÉn ®Õn lµm h háng s¶n phÈm, l·ng phÝ nguyªn vËt liªu vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm. Mét chØ tiªu phô vÒ sù ch¾c ch¾n khi lµm viÖc cña mét bé phËn ®ã cña lß ®iÖn lµ kh¶ n¨ng thay thÕ nhanh hoÆc kh¶ n»ng dù tr÷ lín khi lß lµm viÖc b×nh thêng. Theo quan ®iÓm ch¾c ch¾n, trong thiÕt bÞ cÇn chó ý ®Õn c¸c bé phËn quan träng nhÊt, quyÕt ®Þnh sù lµm viÖc liªn tôc cña lß. ThÝ dô : d©y nung, b¨ng t¶i v.v... 4 - TiÖn lîi khi sö dông TiÖn lîi khi sö dông nghÜa lµ yªu cÇu: Sè nh©n viªn phôc vô tèi thiÓu Kh«ng yªu cÇu tr×nh ®é chuyªn m«n cao, kh«ng yªu cÇu søc lùc vµ sù dÎo dai cña nh©n viªn phôc vô. Sè lîng c¸c thiÕt bÞ hiÕm vµ quÝ bÞ hao mßn nhanh yªu cÇu tèi thiÓu B¶o qu¶n dÔ dµng. KiÓm tra vµ söa ch÷a tÊt c¶ c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ thuËn lîi. Theo quan ®iÓm an toµn lao ®éng, ®iÒu kiÖn lµm viÖc ph¶i hîp vÖ sinh vµ tuyÖt ®èi an toµn. 5 - RÎ vµ ®¬n gi¶n khi chÕ t¹o VÒ mÆt nµy yªu c©u nh sau : Tiªu hao vËt liÖu Ýt nhÊt, ®Æc biÖt lµ c¸c vËt liÖu quÝ vµ hiÕm ( c¸c kim lo¹i mÇu, c¸c hîp kim cã hµm lîng niken cao v.v... ) C«ng nghÖ chÕ t¹o ®¬n gi¶n nghÜa lµ kh¶ n¨ng chÕ t¹o ph¶i sao cho ngµy c«ng Ýt nhÊt vµ tËn dông ®äc c¸c thiÕt bÞ, dông cô th«ng thêng cã s½n trong c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o ®Ó gia c«ng. C¸c lo¹i vËt liÖu vµ thiÕt bÞ yªu cÇu ®Ó chÕ t¹o ph¶i Ýt nhÊt. Sö dông ®Õn møc tèi ®a c¸c kÕt cÊu gièng nhau vµ cïng lo¹i ®Ó dÔ dµng ®æi lÉn vµ thuËn tiÖn khi l¾p r¸p. Chän hîp lý c¸c d¹ng gia c«ng ®Ó phï hîp víi ®iÒu kiÖn chÕ t¹o ( ®óc, hµn, dËp ). Bá c¸c chi tiÕt vµ c¸c kh©u gia c«ng c¬ khÝ kh«ng hîp lý. 6 - H×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp Mçi kÕt cÊu cña thiÕt bÞ, vËt phÈm, c¸c kh©u vµ c¸c chi tiÕt ph¶i cã h×nh d¸ng vµ tû lÖ c¸c c¹nh phï hîp, dÔ coi. Tuy vËy 4
còng cÇn chó ý r»ng, ®é bÒn cña kÕt cÊu khi träng lîng nhá vµ h×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp cã quan hÖ kh¨ng khÝt víi nhau. ViÖc gia c«ng lÇn chãt nh s¬n cã vai trß ®Æc biÖt quan träng ®èi víi h×nh d¸ng bÒ ngoµi cña lß ®iÖn. Song còng cÇn tr¸nh sù trang trÝ kh«ng cÇn thiÕt. B - CÊu t¹o lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë th«ng thêng gåm ba phÇn chÝnh : vá lß, líp lãt vµ d©y nung. 1 - Vá lß Vá lß ®iÖn trë lµ mét khung cøng v÷ng, chñ yÕu ®Ó chÞ t¶i träng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lß. MÆt kh¸c vá lß còng dïng ®Ó gi÷ líp c¸ch nhiÖt rêi vµ ®¶m b¶o sù kÝn hoµn toµn hoÆc t¬ng ®èi cña lß. §èi víi c¸c lß lµm viÖc víi khÝ b¶o vÖ, cÊn thiÕt vá lß ph¶i hoµn toµn kÝn, cßn ®èi víi c¸c lß ®iÖn trë b×nh thêng, sù kÝn cña vá lß chØ cÇn gi¶m tæng thÊt nhiÖt vµ tr¸nh sù lïa cña kh«ng khÝ l¹nh vµo lß, ®Æc biÖt theo chiÒu cao lß. Trong nh÷ng trêng hîp riªng, lß ®iÖn trë cã thÓ lµm vá lß kh«ng bäc kÝn. Khung vá lß cÇn cøng v÷ng ®ñ ®Ó chÞ ®îc t¶i träng cña líp lãt, phô t¶i lß ( vËt nung ) vµ c¸c c¬ cÊu c¬ khÝ g¾n trªn vá lß. - Vá lß ch÷ nhËt thênng dïng ë lß buång, lß liªn tôc, lß ®¸y rung v.v... - Vá lß trßn dïng ë c¸c lß giÕng vµ mét vµi lß chôp v.v... - Vá lß trßn chÞu lùc t¸c dông bªn trong tèt h¬n vá lß ch÷ nhËt khi cïng mét lîng kim lo¹i ®Ó chÕ t¹o vá lß. Khi kÕt cÊu vá lß trßn, ngêi ta thêng dïng thÐp tÊm dµy 3 - 6 mm khi ®êng kÝnh vá lß lµ 1000 – 2000 mm vµ 8 – 12 mm khi ®êng kÝnh vá lß lµ 2500 – 4000 mm vµ 14 – 20 mm khi ®êng kÝnh vá lß kho¶ng 4500 – 6500 mm. Khi cÇn thiÕt t¨ng ®é cøng v÷ng cho vá lß trßn, ngêi ta dïng c¸c vßng ®Öm t¨ng cêng b»ng c¸c lo¹i thÐp h×nh. Vá lß ch÷ ngËt ®îc dùng lªn nhê c¸c thÐp h×nh U, L vµ thÐp tÊm c¾t theo h×nh d¸ng thÝch hîp. Vá lß cã thÓ ®îc bäc kÝn, cã thÓ kh«ng tuú theo yªu cÇu kÝn cña lß. Ph¬ng ph¸p gia c«ng vá lß lo¹i nµy chñ yÕu lµ hµn vµ t¸n. 2 - Líp lãt Líp lãt lß ®iÖn trë thêng gåm hai phÇn : vËt liÖu chÞu löa vµ c¸ch nhiÖt. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cã thÓ x©y b»ng g¹ch tiªu chuÈn, g¹ch h×nh vµ g¹ch h×nh ®Æc biÖt tuú theo h×nh d¸ng vµ kÝch thíc ®· cho cña buång lß. Còng cã khi ngêi ta ®Çm b»ng c¸c lo¹i 5
bét chÞu löa vµ c¸c chÊt dÝnh dÕt gäi lµ c¸c khèi ®Çm. Khèi ®Çm cã thÓ tiÕn hµnh ngay trong lß vµ còng cã thÓ tiÕn hµnh ë ngoµi nhê c¸c khu«n. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau : + ChÞu ®îc nhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cña lß. + Cã ®é bÒn nhiÖt ®ñ lín khi lµm viÖc. + Cã ®ñ ®é bÒn c¬ häc khi xÕp vËt nung vµ ®Æt thiÕt bÞ vËn chuyÓn trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng g¾n d©y nung bÒn vµ ch¾c ch¾n. + Cã ®ñ ®é bÒn ho¸ häc khi lµm viÖc, chÞu ®îc t¸c dông cña khÝ quyÓn lß vµ ¶nh hëng cña vËt nung. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi lß lµm viÖc chu kú. PhÇn c¸ch nhiÖt thêng n»m gi÷a vá lß vµ phÇn vËt liÖu chÞu löa. Môc ®Ých chñ yÕu cña phÇn nµy lµ ®Ó gi¶m tæn thÊt nhiÖt. Riªng ®èi víi ®¸y, phÇn c¸ch nhiÖt ®ßi hái ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc nhÊt ®Þnh cßn c¸c phÇn kh¸c nãi chung kh«ng yªu cÇu. Yªu cÇu c¬ b¶n cña phÇn c¸ch nhiÖt lµ : + HÖ sè dÉn nhiÖt cùc tiÓu + Kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu + æn ®Þnh vÒ tÝnh chÊt lý, nhiÖt trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc x¸c ®Þnh. PhÇn c¸ch nhiÖt cã thÓ x©y b»ng g¹ch c¸ch nhiÖt, cã thÓ ®iÒn ®Çy b»ng bét c¸ch nhiÖt. 3 - D©y nung Theo ®Æc tÝnh cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung, ngêi ta chia d©y nung lµm hai lo¹i : d©y nung kim lo¹i vµ d©y nung phi kim lo¹i. Trong c«ng nghiÖp, c¸c lß ®iÖn trë dïng phæ biÕn lµ d©y nung kim lo¹i.
6
Ch¬ng 2 Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha I - M¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha Nh ®· nãi ë trªn, c«ng suÊt ra t¶i cña lß ®îc tÝnh theo c«ng thøcP =
3U f R
Nh vËy, ®Ó thay ®æi c«ng suÊt ®a ra t¶i , ta cã thÓ thay ®æi R hoÆc Uf tuy nhiªn, trong thùc tÕ, ngêi ta thêng chän c¸ch thay ®æi Uf ®Ó cã thÓ thay ®æi c«ng suÊt ra t¶i. Khi cã s½n mét nguån ®iÖn xoay chiÒu, ®Ó cã thÓ thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i ta cã thÓ dïng bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu ( §AXC ) dïng van b¸n dÉn. ViÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i dùa theo nguyªn t¾c t¬ng tù nh ë c¸c bé chØnh lu tøc lµ thay ®æi ®iÓm më cña van so víi ®iÓm qua kh«ng cña ®iÖn ¸p nguån, v× vËy cßn gäi lµ ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn pha (thay ®æi gãc më van ). Do diot chØ cã thÓ dÉn dßng theo mét chiÒu mµ ta l¹i yªu cÇu ®iÖn ¸p ra t¶i lµ xoay chiÒu nªn trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ngêi ta kh«ng dïng diot mµ dïng triac v× ®©y lµ lo¹i van b¸n dÉn duy nhÊt cho phÐp dßng ®iÖn xoay chiÒu ®i qua nã. Tuy nhiªn, do triac kh«ng th«ng dông b»ng thyristor nªn thùc tÕ ngêi ta thêng dïng s¬ ®å 2 thyristor ®Êu song song ngîc nhau thay cho triac nh h×nh díi :
C¸c van T1, T2 lÇn lît dÉn dßng theo 1 chiÒu x¸c ®Þnh nªn dßng qua cÆp thyristor ®Êu song song ngîc nµy lµ dßng xoay chiÒu. C¸c van thyristor ®îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau gãc 180 ®é ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o dßng qua cÆp van lµ hoµn toµn ®èi xøng. Mét u ®iÓm cña viÖc sö dông hai van thyristor ®Êu song song ngîc nhau thay thÕ cho triac trong n¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu lµ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn ®Ó më vµ kho¸ thyristor dÔ dµng h¬n nhiÒu so víi triac.
7
Ta cã ®å thÞ d¹ng ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu :
C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu cã nhîc ®iÓm c¬ b¶n lµ trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh, m¹ch lu«n lµm viÖc ë chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, c¶ d¹ng dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ra t¶i ®Òu kh«ng sin nªn chØ phï hîp víi c¸c t¶i lo¹i ®iÖn trë nh lß ®iÖn trë , bãng ®Ìn lo¹i sîi ®èt v...v... Dßng ®iÖn sÏ liªn tôc vµ ®ång thêi trë thµnh h×nh sin hoµn chØnh chØ khi ®iÖn ¸p ra t¶i lÊy b»ng ®iÖn ¸p nguån. Nh vËy, khi ®iÒu chØnh trªn t¶i nhËn ®îc mét d¶i n sãng hµi h×nh sin. MÆc dï vËy, víi t¶i lµ ®iÖn trë thuÇn cña lß ®iÖn trë th× viÖc d¹ng ®iÖn ¸p ra t¶i kh«ng sin còng kh«ng ¶nh hëng ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß. C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu kh«ng phï hîp víi t¶i d¹ng c¶m kh¸ng nh biÕn ¸p hoÆc ®éng c¬ ®iÖn,... nªn chØ dïng khi ph¹m vi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p kh«ng lín. Trong thùc tÕ c«ng nghiÖp, c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu thêng sö dông lµ c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha, t¶i m¾c h×nh sao( Y ) hoÆc t¶i h×nh tam gi¸c ( ∆ ). Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi m¹ch mét pha v× ë ®©y c¸c pha ¶nh hëng m¹nh sang nhau vµ nã cßn tuú thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh s¬ ®å ®Êu van, gãc ®iÒu khiÓn cô thÓ, tÝnh chÊt t¶i...
8
H×nh sau lµ s¬ ®å thêng dïng nhÊt, ®ã lµ s¬ ®å cã s¸u
thyristor ®Êu thµnh ba cÆp song song ngîc. II - Quan hÖ gi÷a gãc ®iÒu khiÓn vµ c«ng suÊt ra t¶i Khi ph©n tÝch ho¹t ®éng cña s¬ ®å ta cÇn x¸c ®Þnh râ xem trong c¸c giai ®o¹n sÏ cã bao nhiªu van dÉn vµ nhê c¸c quy luËt díi ®©y ta cã thÓ cã ®îc biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n, tõ ®ã míi tiÕn hµnh tÝnh to¸n. Díi ®©y lµ c¸c quy luËt dÉn dßng cña van trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha: + NÕu mçi pha cã mét van dÉn th× toµn bé ®iÖn ¸p ba pha nguån ®Òu nèi ra t¶i. + NÕu chØ hai pha cã van dÉn th× mét pha nguån bÞ ng¾t ra khái t¶i, do ®ã ®iÖn ¸p ®a ra t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y nµo cã van ®ang dÉn. + Kh«ng thÓ cã trêng hîp chØ cã mét pha dÉn dßng. + Dùa vµo quy luËt dÉn dßng cña van trong tõng giai ®o¹n mµ ta cã thÓ x©y dùng ®îc ®å thÞ ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha. TiÕp theo, tõ nh÷ng biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n ®ã ta l¹i cã thÓ tÝnh to¸n ®îc c¸c ®¹i lîng cÇn tÝnh nh ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, c«ng suÊt... +Ta xÐt ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng s¸u thyristor ®Êu song song ngîc, t¶i thuÇn trë ®Êu h×nh sao ë trªn vµ dùng ®å thÞ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt t¶i vµ gãc α : C«ng suÊt t¶i lµ : P = 3.I 2 .R Trong ®ã I lµ trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn t¶i. Dßng ®iÖn nµy biÕn thiªn theo hai trong ba quy luËt dÉn dßng cña van nh sau : • NÕu mçi pha cã mét van dÉn ( hay toµn m¹ch cã ba van dÉn) : 9
U dm sin(θ + ϕ) 3R • NÕu chØ cã hai van dÉn (hay toµn m¹ch cã hai van dÉn i=
): U dm sin(θ + ϕ) 2R trong ®ã : U dm lµ biªn ®é ®iÖn ¸p d©y. ϕ lµ gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ë giai ®o¹n ®ang xÐt. * Tuú thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn mµ c¸c giai ®o¹n cã ba van dÉn hoÆc hai van dÉn còng thay ®æi theo. Ta thÊy cã ba kho¶ng ®iÒu khiÓn chÝnh : 1) Kho¶ng dÉn cña van øng víi α = 0 ÷ 60 o : Trong ph¹m vi nµy sÏ cã c¸c giai ®o¹n ba van vµ hai van dÉn xen kÏ nhau nh ®å thÞ díi ®©y : i=
Gi¶ thiÕt khi T1 vµ T2 ®ang dÉn dßng,dßng ®iÖn ch¶y trong T1 vµ T2 lµ iT1=iT2=i12=
1 (U a − U c ) 2R
Dßng ®iÖn i12 xuÊt hiÖn tõ khi måi T2 vµ tån t¹i,vÒ nguyªn t¾c chõng nµo Uac>0.Nhng khi T1 vµ T2 dang dÉn dßng,nÕu ta måi T3,do Ub>Ua sÏ xuÊt hiÖn thªm do mét dong ®iÖn n÷a lµ i 31 ch¶y 10
tõ i31=
pha
B
qua
T3,qua
t¶i
vµ
T1
vÒ
nguån
pha
A:
1 (U b − U a ) 2R
Lóc nµy dong ®iÖn trong T1 lµ: iT1=i12-i13=
3U a 1 (U a − U c − U b + U a ) = 2R 2R
Tiristor T1 sÏ kho¸ l¹i khi iT1=0 tøc lµ khi Ua=0 Suy ra:T3vµ T6 sÏ kho¸ khi Ub=0;T2vµ T5 sÏ kho¸ khi Uc=0 Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I .R = 2
3U ' a R
2
Trong ®ã: U’a lµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p t¶i pha A Theo ®Þnh nghÜa vÒ trÞ hiÖu dông: 1 U’a = 2π
2π
∫ (U '
2
=
2 U dm
) 2 .dθ
0
π /3
(
a
∫ α
sin 2 θ dθ + 3
π +α 3
∫ π 3
⇒P
=
2π 3 sin 2 θ sin 2 θ dθ + ∫ dθ + 4 3 π 3
+α
3U α sin 2α [π − 3 + 3 ] (1) πR 2 4
2π +α 3
∫π
2 3
π
sin 2 θ sin 2 θ dθ + ∫ dθ ) 4 3 2π 3
+α
2 dm
2) Kho¶ng van dÉn øng víi α = 60 ÷ 90 o : Trong ph¹m vi nµy lu«n chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra ë díi :
11
Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I 2 .R 5π π − +α 6 3
3U sin θ [ ∫ dθ + = πR π − π + α 4 2 dm
2
2 3
=
5π π − +α 6 3
sin 2 θ ∫ 4 dθ] π π − +α 2 3
3U π 9 3 3 [ + sin 2α + cos 2α ] πR 2 8 8 2 dm
(2)
3) Kho¶ng van dÉn øng víi α = 90 ÷ 150 o : Trong ph¹m vi nµy chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn hoÆc kh«ng cã van nµo dÉn xen kÏ nhau. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra nh ë díi :
Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I 2 .R 2 π π 3U dm sin 2 θ sin 2 θ dθ + ∫ dθ] = πR [ π ∫π 4 3 π π − +α − +α 2 3
2 3
12
2 3U dm 5π 3α 3 3 3 = [ − + cos 2α + sin 2α ] (3) πR 4 2 8 8
Theo ba biÓu thøc (1), (2), (3) vµ cho c¸c gi¸ trÞ α kh¸c nhau vµ lÊy P ë α = 0 lµ 100% ta cã b¶ng c¸c gi¸ trÞ vµ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P% P% α α 0 100 90 29,3 20 98,6 100 18,1 30 95,6 110 9,7 40 90,2 120 4,3 50 81,8 130 1,3 60 70,6 140 0,1 70 57,16 150 0 80 42,8
NhËn xÐt : + C«ng suÊt ®a ra t¶i lµ lín nhÊt khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 nhng víi α =30 th× c«ng suÊt ra t¶i còng xÊp xØ khi α = 0. + Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc t¶i thuÇn trë ®Êu tam gi¸c, d¹ng ®iÖn ¸p tõng pha còng nh vËy. Tuy nhiªn, do t¶i ®Êu tam gi¸c nªn khi m¹ch cã ba van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y, khi m¹ch cã hai van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i gi÷a hai d©y ®ã lµ ®iÖn ¸p d©y cßn ®iÖn ¸p r¬i trªn hai ®iÖn trë cßn l¹i b»ng mét nöa ®iÖn ¸p d©y.
13
Ch¬ng 3 ThiÕt kÕ tÝnh to¸n m¹ch lùc I - TÝnh chän van b¸n dÉn Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng cho lß ®iÖn díi ®©y ta sö dông m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc, t¶i thuÇn trë ®Êu sao. C¸c biÓu thøc thÓ hiÖn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : 1) Víi α = 0 ÷ 60 o : 2 3U dm π α sin 2α [ − + ] P= πR 6 4 8 2) Víi α = 60 ÷ 90o : 2 3U dm π 3 3 P= [ + sin 2α + cos 2α] πR 12 16 16 3) Víi α = 90 ÷ 150o :
14
2 3U dm 5π α 3 1 P= [ − + cos 2α + sin 2α] πR 24 4 16 16
C«ng suÊt ®Þnh møc cña lß ®iÖn lµ Pdm = 120 (kw),tæn hao cña lß ®iÖn ∆P = 10 (kw) Trong thùc tÕ, lß ®iÖn cã thÓ coi lµ hé tiªu dïng ®iÖn lo¹i mét, nghÜa lµ nguån cung cÊp cho lß ®iÖn lµ æn ®Þnh. Tuy nhiªn, ®Ó ®¶m b¶o hiÖu qu¶ còng nh sù an toµn trong ho¹t ®éng cña lß ®iÖn, ta sÏ chän mét lîng c«ng suÊt dù tr÷ cho lß ®iÖn ®Ò phßng trêng hîp ®iÖn ¸p nguån v× mét lý do nµo ®ã bÞ sôt ¸p . Ngoµi ra, trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éngcua m×nh, lß ®iÖn còng chÞu thªm mét sè tæn thÊt kh¸c nh tæn thÊt trªn c¸c van b¸n dÉn, tæn thÊt trªn ®êng d©y... nhng do kh«ng ®¸ng kÓ so víi tæng tæn thÊt v× nhiÖt cña lß nªn ta cã thÓ bá qua. Khi α = 0 th× ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin hoµn toµn vµ ®ång thêi c«ng suÊt ra t¶i còng ®¹t c«ng suÊt lín nhÊt P = Pmax v× vËy ®Ó ®¶m b¶o ®ñ bï c¸c tæn hao ®· nãi ë trªn ta chän c«ng suÊt lín nhÊt cña lß øng víi khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 lµ : P = Pmax = 130 (kw) Dùa vµo c«ng thøc (1) ta tÝnh ®îc c«ng suÊt ra t¶i khi α = 0 Pmax = 3
Rt =
3U
2 U dmf
2 dmf
Pmax
Rt 3.220 2 = = 1,12 (Ω) 130.10 3
Ta x¸c ®Þnh ®îc d©y ®iÖn trë cña lß cã gi¸ trÞ lµ 1,12 (Ω). Tõ ®©y, dùa vµo c«ng nghÖ chÕ t¹o ta cã thÓ tiÕn hµnh thiÕt kÕ chi tiÕt cho d©y ®iÖn trë ®Ó cã thÓ ®¶m b¶o ®îc c¸c yªu cÇu kinh tÕ kÜ thuËt cña lß ®iÖn. 15
TiÕp theo, ta tiÕn hµnh chän van th«ng qua c¸c th«ng sè kü thuËt cña van lµ ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt, dßng trung b×nh qua van ... Nh ®· nãi ë trªn, ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu còng t¬ng tù nh m¹ch chØnh lu, cô thÓ lµ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc cã nguyªn lý ho¹t ®éng trong mét chu kú còng gièng nh nguyªn lý cña m¹ch chØnh lu ba pha h×nh tia. V× vËy, ta cã thÓ hoµn toµn ¸p dông c¸c th«ng sè chän van cña m¹ch chØnh lu ba pha h×nh tia cho m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc. Cô thÓ : §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt trªn van : U ng max = 6U f = 2U dm U ng max = 2.380 = 537 (V) *NhËn xÐt : Khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin vµ nh vËy, dßng trung b×nh qua van lóc nµy lµ lín nhÊt. Tõ ®©y ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc gi¸ trÞ dßng ®iÖn trung b×nh qua van. 1 π I tb max = ∫ I max sin θ 2π 0 (do t¶i thuÇn trë nªn i trïng pha víi u ) U f max [− cos π − ( − cos 0)] I tb max = 2πR I tb max =
220. 2 = 88,47 (A) π .1,12
Dßng hiÖu dông qua van: Ihdmax=Itbmax. π =88,47.3,14=278(A) Khi chän van ta ph¶i chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van v× khi ho¹t ®éng, van to¶ nhiÖt rÊt lín nªn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van sÏ ¶nh hëng ®Õn hiÖu qu¶ còng nh tuæi thä cña van. NÕu van ho¹t ®éng trong ®iÒu kiÖn ®îc lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ nhê c¸nh t¶n nhiÖt th× van cã thÓ lµm viÖc tèt víi 25% dßng ®Þnh møc. NÕu van lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn lµm m¸t b»ng qu¹t giã cìng bøc th× van cã thÓ chÞu ®îc ®Õn 30 ÷ 60% dßng ®Þnh møc. NÕu lµm m¸t b»ng níc th× van cã thÓ chÞu ®îc ®Õn 80% dßng ®Þnh møc. Th«ng thêng trong c«ng nghiÖp th× van ph¶i ®îc lµm m¸t tåi nhÊt lµ b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã cìng bøc. Trong nhiÖm vô thiÕt kÕ lµ ®iÖn nµy th× dßng qua van kh«ng qu¸ lín nªn ta cã thÓ chän chÕ ®é lµm m¸t cho van b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã c16
ìng bøc. Ta chän c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó van cã thÓ chÞu dßng tíi 30% dßng ®Þnh møc cña van. Khi ®ã dßng ®iÖn trung b×nh lµm viÖc cña van: I tblv =
88,47 I tb max = = 295 ( A ) 30% 30%
Dßng ®iÖn hiÖu dông lµm viÖc qua van: Ihd=
I hd 278 = = 927( A) 0,3 0,3
§Ó chän gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt trªn van, ta sÏ chän thªm hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p k u = 1,6 ÷ 2 ta chän : k u = 1,6 U ng = k u . U ng max = 1,6 . 537=860 (V) Ta sÏ chän van theo dßng lµm viªc hiÖu dông .Tõ c¸c gi¸ trÞ cña I hd max vµ U ng max , tra trong sæ tay ta chän ®îc van lo¹i DCR1053SD11 víi c¸c th«ng sè sau: U ng max = 1000 ( V ): §iÖn ¸p ngùoc cùc ®¹i I dm max = 950 ( A ) : Dßng ®iÖn hiÖu dông cùc ®¹i Ipic =16000(A) : Dßng ®iÖn ®Ønh cùc ®¹i Ig = 0,35(A) : Dßng cùc ®¹i ®iÒu khiÓn cùc G Ug =3,5(V) : §iÖn ¸p cùc ®¹i ®iÒu khiÓn ®Æt vµo GK ∆U =1,9(V) : Sôt ¸p trªn van khi ë tr¹ng th¸i dÉn du/dt =1000(v/s) : Tèc ®é t¨ng ¸p di = 200( A / s) dt max
t cm van Tmax
= 1250
=150( μ s)
: Thêi gian ®ãng më cña
: NhiÖt ®é lín nhÊt van cã thÓ chÞu ®îc ........
* KÕt luËn: Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng cho lß ®iÖn nµy ta cÇn dïng s¸u van thyristor DCR1053SD11 víi c¸c th«ng sè nh trªn. II - TÝnh to¸n b¶o vÖ van b¸n dÉn Trong qu¸ tr×nh van ho¹t ®éng th× van ph¶i ®îc lµm m¸t ®Ó van kh«ng bÞ ph¸ háng vÒ nhiÖt v× vËy ta ®· tÝnh to¸n chÕ ®é lµm m¸t cô thÓ cho van råi. Tuy nhiªn, van còng cã thÓ bÞ háng khi van ph¶i chÞu tèc ®é t¨ng dßng, t¨ng ¸p qu¸ lín. §Ó tr¸nh hiÖn tîng qu¸ dßng, qu¸ ¸p trªn van dÉn ®Õn háng van ta ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p thÝch hîp ®Ó b¶o vÖ van. BiÖn ph¸p b¶p vÖ 17
van thêng dïng nhÊt lµ m¾c m¹ch R, C song song van ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ m¾c nèi tiÕp cuén kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Do t¶i cña lß ®iÖn lµ t¶i thuÇn trë nªn khi van cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn më th× dßng qua van sÏ t¨ng ®ét ngét víi tèc ®é t¨ng dßng rÊt lín sÏ g©y háng van. V× vËy, ngêi ta cÇn ph¶i m¾c vµo tríc van mét cuén d©y ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Cuén d©y ®îc dïng lµ mét cuén kh¸ng b·o hoµ cã ®Æc tÝnh lµ: khi dßng qua cuén kh¸ng æn ®Þnh th× ®iÖn c¶m cña cuén kh¸ng hÇu nh b»ng kh«ng vµ lóc nµy cuén d©y dÉn ®iÖn nh mét d©y dÉn b×nh thêng. Ta cã m¹ch nh h×nh vÏ:
§Ó tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña cuén kh¸ng ta xÐt qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong m¹ch: di U f = i.R + L. dt Ta thÊy r»ng tèc ®é t¨ng dßng lín nhÊt lµ: di U max = f dt L §Ó ®¶m b¶o an toµn cho van ta ph¶i chän L sao cho di/dt max ph¶i nhá h¬n tèc ®é t¨ng dßng chÞu ®îc cña van, hay lµ: di max < 200 A/µs dt
Uf < 200 A/µs L
L >
Uf 200.10
6
=
220. 2 = 1,555 µH 200.106
Ta chän cuén kh¸ng b·o hoµ cã gi¸ trÞ lµ 1,6 µH, lo¹i lâi kh«ng khÝ v× ®iÖn c¶m nhá. Sau khi tÝnh to¸n b¶o vÖ chèng tèc ®é t¨ng dßng ta tÝnh to¸n b¶o vÖ qu¸ ¸p cho van. Ngêi ta chia ra hai lo¹i nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ¸p: 1 - Nguyªn nh©n néi t¹i: Lµ do sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c líp b¸n dÉn. Khi kho¸ van thyristor b»ng ®iÖn ¸p ngîc, c¸c ®iÖn tÝch nãi trªn ®æi ngîc l¹i hµnh tr×nh, t¹o ra dßng ®iÖn ngîc trong thêi gian rÊt ng¾n. Sù 18
biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ngîc g©y nªn søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m, vèn lu«n lu«n cã cña ®êng d©y nguån dÉn ®Õn c¸c thyristor. V× vËy, gi÷a anèt vµ catèt cña thyristor xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. Ta cã ®å thÞ thÓ hiÖn qu¸ tr×nh biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn van:
2 - Nguyªn nh©n bªn ngoµi: Nh÷ng nguyªn nh©n nµy thêng xÈy ra ngÉu nhiªn nh khi ®ãng c¾t kh«ng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®êng d©y, khi mét cÇu ch× b¶o vÖ nhÈy, khi cã sÊm sÐt ... §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn ngêi ta dïng m¹ch RC ®Êu song song víi thyristor nh h×nh díi:
Th«ng sè cña R, C phô thuéc vµo møc ®é qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra, tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch, ®iÖn c¶m trªn ®êng d©y, dßng ®iÖn tõ ho¸ m¸y biÕn ¸p . ViÖc tÝnh to¸n th«ng sè cña m¹ch R, C rÊt phøc t¹p, ®ßi hái nhiÒu thêi gian nªn ta sÏ sö dông ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh th«ng sè R, C b»ng ®å thÞ gi¶i tÝch, sö dông nh÷ng ®êng cong ®· cã s½n. C¸c bíc tÝnh to¸n nh sau: +X¸c ®Þnh hÖ sè qu¸ ¸p theo c«ng thøc: U imp k= b.U im
19
Víi U imp lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p ngîc ®Æt trªn diot hoÆc thyristor mét c¸ch kh«ng chu kú, tra trong sæ tay tra cøu. U im lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p ngîc thùc tÕ ®Æt trªn diot hoÆc thyristor. b lµ hÖ sè dù tr÷ an toµn vÒ ®iÖn ¸p, b = 1 ÷ 2 +X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian: C*min (k ) , R *max (k ) , R *min (k ) - b»ng c¸ch tra trong ®å thÞ trong sæ tay tra cøu di - tÝnh max khi chuyÓn m¹ch nh ë phÇn tÝnh to¸n cuén dt kh¸ng b·o hoµ. di +X¸c ®Þnh ®iÖn lîng tÝch tô Q = f( ), sö dông c¸c ®êng dt cong cho trong sæ tay tra cøu ®Ó x¸c ®Þnh. +TÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ cña R, C theo c«ng thøc: 2.Q * C = C min . U im LU im LU im ≤ R ≤ R *max 2Q 2Q trong ®ã L lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch RLC Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ b¶o vÖ van th× rÊt khã cã thÓ cã ®Çy ®ñ tÊt c¶ c¸c ®êng cong ®Æc tÝnh cÇn thiÕt nªn ngêi ta thêng chän gi¸ trÞ cña R, C theo kinh nghiÖm: R = 20 ÷ 100 ( Ω ) ; C = 0,4 ÷ 1 ( µF ) Víi dßng qua van nhá, ta chän gi¸ trÞ R lín, C nhá.Víi dßng qua van lín, ta chän gi¸ trÞ R nhá, C lín.Theo tÝnh to¸n, dßng qua van b»ng 88,7 A lµ kh«ng lín l¾m nªn ta chän gi¸ trÞ cña R, C nh sau: R = 90 Ω C = 0,5 µF ( c¸c gi¸ trÞ chuÈn) Ngoµi ra, trong m¹ch lùc còng cÇn cã thªm c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ ng¾n m¹ch, qu¸ t¶i ... nh ¸pt«m¸t, cÇu ch× ...ë mçi pha vµ cÇu ch× ë tríc mçi van ®Ó t¨ng cao tÝnh an toµn cho m¹ch. Ta cã m¹ch hoµn chØnh nh ë trªn : R *min
20
21
Ch¬ng 4 m¹ch ®iÒu khiÓn I-Nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn
Thyristor chØ më cho dßng ch¶y qua khi tho¶ m·n hai ®iÒu kiÖn : UAK > 0 IG > 0 Khi thyristor chuyÓn sang tr¹ng th¸i dÉn th× cùc ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông. Thyristor chØ trë vÒ tr¹ng th¸i kho¸ nÕu dßng ®iÖn IA < IH. ( IH : dßng ®iÖn duy tr× ) Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn : + §iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung trong ph¹m vi nöa chu kú d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn A-K cña thyristor. + T¹o ra ®îc c¸c xung ®ñ diÒu kiÖn më thyristor, ®é réng xung tx ®îc tÝnh theo biÓu thøc : tx =
IH di / dt
di/dt : tèc ®é biÕn thiªn dßng t¶i. + CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn thyristor. UAK : ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ( ®iÖn ¸p mét chiÒu ). Ut : ®iÖn ¸p tùa ( ®ång bé víi ®iÖn ¸p A-K cña thyristor ). HiÖu ®iÖn ¸p | U®k – Ut | ®a vµo kh©u so s¸nh,lµm viÖc nh mét trig¬. §Çu ra nhËn ®îc mét chuçi xung ch÷ nhËt. Kh©u t¹o xung. Kh©u khuÕch ®¹i xung. Kh©u biÕn ¸p xung. Thay ®æi U ®k cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh ®îc 22
gãc α. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. Cã hai nguyªn t¾c : 1) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh : U®k + Ut ®a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh b»ng c¸nh lµm biÕn ®æi U®k ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc thêi ®iÓm xuÊt giÖn xung tøc lµ ®iÒu chØnh ®îc gãc α. Khi U®k = 0 ta cã α = 0 Khi U®k < 0 ta cã α > 0 Quan hÖ gi÷a α vµ U®k nh sau : α =π
U dk U t max
Ta lÊy U®kmax = Utmax. α
Utùa Utmax
U®k
2) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “arccos”. Nguyªn t¾c nµy dïng hai ®iÖn ¸p : §iÖn ¸p ®éng bé Ut vît tríc ®iÖn ¸p A-K cña thyristor mét gãc b»ng π/2. ( NÕu UAK = Asinωt th× Ut = Bcosωt ). UAK cã thÓ ®iÒu khiÓn ®îc theo hai híng d¬ng vµ ©m. Ut + U®k ®îc ®a ®Õn ®Çu vµo kh©u so s¸nh . Khi Ut + U®k = 0 ta nhËn ®îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh. U®k + Bcosα = 0 ⇒ α = arccos( -U®k/B ). Thêng lÊy B = U®kmax. Khi U®k = 0 th× α = π/2. Nguyªn t¾c nµy ®îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh lu chÊt lîng cao. II) Tr×nh bµy nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn: V× m¹ch ®iÒu khiÓn ë ba kªnh ®iÒu khiÓn lµ hoµn toµn nh nhau nªn ë ®©y ta chØ tr×nh bµy nguyªn lý ho¹t ®éng cña kªnh ®iÒu khiÓn pha A : HÖ thèng ®iÒu khiÓn gåm c¸c kh©u c¬ b¶n sau: 1)Kh©u ph¸t xung cao tÇn gåm: 2)Kh©u ®ång pha bao gåm: 23
3)Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca bao gåm: 4)Kh©u so s¸nh bao gåm: 5)Kh©u biÕn ¸p xung(BAX) vµ khuÕch ®¹i xung(K§X) 6)Khèi t¹o ®iÖn ¸p ph¶n håi bao gåm: 7)Kh©u t¹o ®iÖn ¸p nguån nu«i: - T¹i ®iÖn ¸p ë vÞ trÝ U1 (220V,50hz)lµ ®iÖn ¸p phÝa s¬ cÊp cña biÕn ¸p ®ång bé pha A cã d¹ng h×nh sin,®iÖn ¸p nµy lÊy trùc tiÕp tõ líi ®iÖn.Sau khi qua bé chØnh la 2 nöa chu kú ®iÖn ¸p U2 lµ ®iÖn ¸p d¹ng nöa sãng biÖn ®é nhá. - §iÖn ¸p U2 ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U0 (®îc ph©n ¸p qua c¸c ®iÖn trë) qua OP1 t¹o thµnh ®iÖn ¸p d¹ng xung U3.§iÖn ¸p nµy ®îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn ®ãng më Tranzitor trêng. - Qua kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca,U®k ®îc so s¸nh qua kh©u OP3 t¹o ra xung U5 - C¸c ®iÖn ¸p ®ång pha U6,U7 ®îc t¹o ra b»ng c¸ch qua chØnh lu nöa chu k× vµ ®îc h¹n chÕ biªn ®é b»ng ®i èt Zener ra chØ cßn biªn ®é 4,3 V - M¸y ph¸t xung cao tÇn cã nhiÖm vô t¹o ra chuçi xung cã tÇn sè cao f=10 Khz t¹o ra ë ®Çu 8 . - Cæng AND1 ;3 ®Çu vµo trén c¸c xung U5,U7,U®k ®Ó t¹o xung U8 ®iÒu khiÓn T1; cæng AND2 ;3 ®Çu vµo trén c¸c xung U6,U7,U®k t¹o ra xung U9 ®iÒu khiÓn T2.C¸c xung U8;U9 lÖch nhau 1800 ®iÖn. - T¬ng tù c¸c kªnh ®iÒu khiÓn B,C ®îc ®ång bé tõ pha B,C t¹o c¸c xung ®iÒu khiÓn cho cÆp (T3,T4) vµ (T5,T6) - Trong m¹ch ®iÒu khiÓn ta chän toµn bé IC thuËt to¸n lµ TL084 cã c¸c th«ng sè : Vcc = ± 15V P tiªu thô = 680 MW Rin = 106 MΩ Urabh = ±15 (V) - Nh vËy 3 hÖ thèng t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau mét gãc 600 ®iÖn lÇn lît ®iÒu khiÓn më c¸c TIRISTOR T1;T2;T3;T4;T5;T6 Ta cã ®å thÞ c¸c xung ®iÒu khiÓn c¸c TIRISTOR nh h×nh vÏ sau:
α
24
25
§å thÞ xung qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn TIRISTOR U1 π
2π
θ
0
U2 U0 θ
U3
θ
Utùa α
α
α U®k
θ
U4
α
α
α
θ
U5 θ
U6 θ
U7
θ
U8
α
α θ
U9
α θ
27
LA 1.6 uH
+E 30 RA11 D A6
Is c DA5
RA3 200
U5
BA X DA7
Ic
NA1A
DZA1
It c
R A 9 Ib 1
U8
1 2k
TA1 RA 90
T A2 D A1
1 0 . 2 kR A 4 D A3
U1 220 V 50 h z
B A1
U2
+E
U2 1 22 V
Uo
Ura 1
O P1
U2 2
-E
DA4
1000 uF R A6 8 00
+
DZ A3
C2
U3
RA7 9.4 2k
Ie
T1
+E Utu a
+
OP 2 -E
U v=-E v
RA1 800
+
U4 30 RA 14
OP 3 -E
Is c
DZ A4
D A8
1k R A5
U9 NA 1B
D A9
R A 1 0Ib 1 1 2k
TA1 TA2
DZA2 RA 13 320
1. 12 Rt
BA X Ic
U6
DA10
It c
DA2 R A2 2 00
T4
+E
RA8 1k 1 0 0R A 1 5
RA12 3 20
Ie
CA
0.5 uF
III TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 1) M¸y ph¸t xung cao tÇn a) T¸c dông T¹o ra chïm xung cã tÇn sè rÊt cao(ë ®©y ta chän tÇn sè b»ng 10 Khz).Chïm xung nµy ®îc ®a vµo cæng AND ®Ó t¹o ra xung ®iÒu khiÓn më c¸c Tiristor b)S¬ ®å nguyªn lý: 4.5k
D2
R2 4.5k R1
D1
+E OP4 +
Ura
R3 10nF R4
U7 !Iz
-E C
R5 800
DZ
1k 1k
c) Nguyªn lý ho¹t ®éng: -M¹ch cã hai ®êng ph¶n håi d¬ng vµ ©m sÏ ho¹t ®éng ë chÕ ®é tù dao ®éng v× ®iÖn ¸p trªn tô C sÏ ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p Up -NÕu OPAM lµ lý tëng th× ®iÖn ¸p ra Ura= ± E (ë chÕ ®é b·o hoµ).§iÖn ¸p trªn tô C sÏ phãng qua ®êng C-R2-§2-®Êt vµ n¹p qua ®êng §1-R1-C-®Êt. -Khi ®iÖn ¸p trªn tô C b»ng víi ®iÖn ¸p U p th× m¹ch sÏ lËt tr¹ng th¸I ,Ura ®ang ë tr¹ng th¸i b·o hoµ d¬ng sÏ chuyÓn sang tr¹ng th¸i b·o hoµ ©m vµ ngîc l¹i. -NÕu R1,R2 kh¸c nhau th× thêi gian phãng vµ n¹p sÏ kh¸c nhau: Tn = R C 1 Tp = R C 2 d) TÝnh to¸n cô thÓ: Chän OPAM lµ IC IL084 cã nguån cung cÊp lµ E= ± 15 V,URabh ta chän lu«n b»ng ± 15 V ®Ó tiÖn cho tÝnh to¸n,c¸c §ièt §1,§2 lµ c¸c ®ièt c«ng suÊt nhá rÊt dÔ dµng chän. §iÖn ¸p trªn ®iÓm P ®îc tÝnh theo c«ng thøc:
UP R4 = U ra R3 + R4 ⇒UP =
R4 U ra R3 + R4
R
4 + Khi Ura=E UP+= R + R E = V1 3 4
+ Khi Ura=-E ->UP-=
R4 (− E ) = −V1 R3 + R4
Tô C sÏ n¹p tõ gi¸ trÞ ban ®Çu (-V 1) ®Õn gi¸ trÞ cuèi(+V1) vµ phãng ®iÖn tõ (+V1) ®Õn (-V1).§iÖn ¸p t¹i t= ∞ cña qu¸ tr×nh n¹p lµ E vµ t¹i t= ∞ cña qu¸ tr×nh phãng lµ -E BiÓu thøc n¹p cña tô C lµ: Vc(t)=E+(-V1-E)e -t/Tn BiÓu thøc phãng cña tô C lµ: Vc(t)=-E+(V1+E) e-t/Tp t: thêi gian phãng hoÆc n¹p Tn:h»ng sè thêi gian n¹p TP :h»ng sè thêi gian phãng Do ®ã chu k× phong n¹p lµ :T=tn+tP Khi kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p Vc(tn)=V1= E+(-V1-E)e-tn/Tn hay e-tn/Tn=
E − V1 E + V1
R4 R4 + R3 R3 = e-tn/Tn= R4 2 R4 + R3 E+E R4 + R3 t R3 − n = ln 2 R4 + R3 Tn E−E
2 R4
tn= Tn ln(1+ R ) 3 T¬ng tù nh vËy ta cã thêi gian phãng: 2R
4 tP= T p ln(1+ R ) 3 VËy chu k× phãng n¹p lµ:
2R
4 T=tn+tp=( Tn +TP) ln(1+ R ) 3 T T NÕu chän R=R1=R2 th× n = p =RC
30
Khi ®ã ta cã T=2RC ln(1+
2 R4 ) R3
Gi¶ sö chän R3=R4=1k th× ta cã T=2RCln 3=2,2RC 1
1
f= T = 2,2 RC = 10( Khz ) RC=0,45.10-4 Chän C=10(nF)(lµ lo¹i tô ho¸) th× ®iÖn trë R tÝnh nh sau: R=
0,45.10 −4 = 4,5 K 10.10 −9
Ta cã d¹ng ®å thÞ qu¸ tr×nh cña tô C vµ d¹ng xung ra nh h×nh vÏ: phãng
URa
+E +V1
uc θ
-V1 - E n¹p Nh vËy xung ra Ura lµ xung cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt cã c¶ phÇn ©m vµ phÇn d¬ng víi biªn ®é lµ ± 15V .§Ó lo¹i phÇn xung ©m vµ c¾t bít biªn ®é ta m¾c thªm mét ®iÖn trë sôt ¸p R5vµ ®ièt æn ¸p §Z ë ®Çu ra.§ièt Zener §Z lµ lo¹i 1N229B c«ng suÊt P=0,5(W) UZ=4,3(v) ,Imax=117mmA Imin=11,7 mmA. Tõ ®ã ta cã c¸ch chän ®iÖn trë R5 nh sau: URa=I.R5+UZ I.R5=URa-UZ=15-4,3=10,7(V) R5 = Ω)
10,7 I
V× 0,0117
92
Cuèi cïng ta ®îc xung ra U7 biªn ®é +4,3V tÇn sè 10 Khz nh h×nh vÏ: U7 4,3V
θ
2) Khèi khuÕh ®¹i xung(K§X) vµ biÕn ¸p xung(BAX) a) T¸c dông 31
Khèi K§Xcã t¸c dông t¨ng dßng tõ cæng AND ®i ra (dßng tõ cæng AND ®i ra thêng nhá) sau ®ã ®i qua BAX ®Ó t¹o ®îc dßng ®iÒu khiÓn Ig,¸p ®iÒu khiÓn Ug cã biªn ®é thÝch hîp ®Ó më Tiristor b) S¬ ®å nguyªn lý: +E RA11
30
DA6
Isc
Itc
DA5
BAX DA7
Ic U8
R6 1k
T1
Ib1 TA1 TA2
RA12 320
Ie
c) Nguyªn lý ho¹t ®éng: + TÝn hiÖu vµo lµ tÝn hiÖu logic UV=’1’(kho¶ng 3-5 V) th× TA1,TA2 më b·o hoµ,khi UV=’0’ (<3 V) th× TA1,TA2 kho¸. + §iÖn trë RA11 h¹n dßng Colector ,RA12 t¹o ph©n ¸p cho TA2 ®ièt §A5 chèng qu¸ ¸p trªn c¸c cùc colector -emittor cña TA1,TA2 + §A7,§A6 ng¨n chÆn xung ¸p ©m cã thÓ cã khi TA1,TA2 bÞ kho¸ Khi UV=’0’ ,iL=iC=0,UCE=E,i§A5=0; Khi t=0,U V=’1’,TA1,TA2 më.§iÖn c¶m trªn L kh«ng cho iC ®¹t E
ngay gi¸ trÞ b·o hoµ cña nã lµ I C = RA .Dßng iC chØ cã thÓ t¨ng trëng 11 E
L
−t / τ theo qui luËt hµm mò :iL=iC= RA (1 − e ) víi τ = RA 11
11
E Sau kho¶ng thêi gian 5 τ ,IC= RA .Lóc ®ã bªn thø cÊp BAX xuÊt 11
hiÖn mét xung ®iÖn ¸p ®Ó më Tiristor
32
Khi t=T1,UV=’0’ bÊy giê gi¸ trÞ cña iL lµ iL(T1)=iC(T1)= E E (1 − e −T1 / τ ) =I0< tranzitor bÞ kho¸ iC=0 RA11 RA11
NÕu kh«ng cã §A5 th× n¨ng lîng th× n¨ng lîng W=(1/2)LI20 sÏ sinh qu¸ ®iÖn ¸p trªn c¸c cùc C,E cña TA 1,TA2.Qu¸ ®iÖn ¸p nµy cã thÓ ®¹t tíi 100V ph¸ huû c¸c bãng trªn. §ièt §A5 lo¹i trõ hiÖn tîng qu¸ ¸p trªn bëi v× võa khi UCE=0,8 V th× §A5 më cho dßng ch¶y qua lµm ng¾n m¹ch trªn hai ®Çu cuén d©y vµ lµm tiªu t¸n n¨ng lîng lÝch luü trªn theo quy luËt suy gi¶m: iL=i§A5=I0.e-t/ τ ’ Víi τ ’=
L (R’=RL+R§A5) R'
d) TÝnh to¸n cô thÓ: Theo kÕt qu¶ chän van ë phÇn tÝnh to¸n m¹ch lùc ta cã dßng vµ ¸p ®iÒu khiÓn Tiristor lµ:UgK=3,5v;Ig=0,35 A.Tõ ®ã suy ra phÝa thø cÊp BAX: UTC=UgK=3,5V;ITC=Ig=0,35 A Thêng ta chän BAX cã hÖ sè k=2 tõ ®ã ta cã: IC=ISC=ITC/k=0,35/2=0,175(A) Usc=UTCk=3,5.2=7(V) Chän TA1 lµ C828 cã hÖ sè β1 =10 TA2 lµ 2N1613 cã hÖ sè β 2 =80 Nh vËy dßng IBTA1=IC/( β1 . β 2 )=0,175/(10.80)=0,22 mA Cã UBETA2=0,7(V);UBETA1=0,6(V) UBTA1= UBET2+UBET1=1,3(V) V× ¸p tõ cæng AND ra thêng cì 3-5 V do ®ã ta ph¶i chon sôt ¸p trªn RA8 kho¶ng 2,5 V URA8=2,5 V RA8=URA8/IBTA1=2,5/(0,22.10-3)=11,4.103 ≈ 12k Chän ®iÖn trë RA11: Cã E ≥ USC+IL.RA11 RA11 ≤
E − U SC 15 − 7 = = 45,7(Ω) IC 0,175
chän RA11=30( Ω ) Chän ®iÖn trë RA12: URA12=UBETA2=0,7(V) IETA1=IRA2= β1 .IBTA1=10.0,22.10-3=2,2.10-3 do ®ã RA12=
0,7 = 320(Ω) 2,2.10 −3
VËy ta cã dßng tõ cæng AND ®i ra lµ IBT1=0,22(mA) ¸p ra tõ 3-5 V do ®ã c«ng suÊt cña cæng lµ 0,22.(3-5)=(0,66-1,1) mW 33
e) ThiÕt kÕ m¸y BAX: Chän vËt liÖu lâi B· lµ ferit lµm viÖc trªn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ Bs=0,4 T,®é tõ thÈm μ =6000(A/m) Sè vßng d©y s¬ cÊp: W1=
U SC .t x Bs.S
Trong ®ã : t x ®é dµi xung truyÒn qua BAX thêng cã ®é dµi
10-600 μ s ë ®©y ta lÊy tx=350 μ s=35.10-5s
S-tiÕt diÖn lâi ferit,chän S=1cm2 Thay sè vµo ta cã sè vßng d©y cuén s¬ cÊp: WSC=
7.35.10 −5 U SC .t x = 55 (vßng) = 0,45.10 − 4 Bs.S
Sè vßng d©y cuén thø cÊp: WTC=
WSC 55 = =28 (vßng) k 2
Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ë s¬ cÊp BAX : ISCTB=ISC.
tx 35.10−5 = 175. = 23,2mm A T 20.10− 3
Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ë thø cÊp BAX : ITCTB=2.ISCTB=46,4mmA 3) Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång bé a) T¸c dông Kh©u nµy t¹o ra ®iÖn ¸p d¹ng xung ®Ó ®iÒu khiÓn bãng trêng trªn hai ®Çu tô C ®Ó khèng chÕ thêi gian phãng n¹p trªn tô C ®ång bé víi nguån xoay chiÒu.ë ®©y ta chän MOSFET cã xung ¸p ®iÒu khiÓn lµ 4-5 V do ®ã ®iÖn ¸p ra ë kh©u ®ång pha U 3 lµ 4-5 V ,®é réng xung më lµ 0,3 ms.Kh©u nµy cßn t¹o ra ®iÖn ¸p U5,U6 lµ c¸c ®iÖn ¸p ®ång bé víi nguån ®Ó ®a vµo cæng AND.Ta chän c¸c ®ièt èn ¸p DZA1;DZA2;DZA3 lµ lo¹i gièng nh DZ b) S¬ ®å nguyªn lý:
34
RA1
U5 DZA1
200
+E DA1
10.2k
U1 220 V 50 hz
RA4
U2
DA3 BA1
+E
RA6 800
+
U21 22V
Uo
U3
Ura1 OP1
U22 -E DA4 100
RA3
1k
DZA3
RA3
DA2
RA2
U6
200 DZA2
c) Nguyªn lý ho¹t ®éng Qua BA1 ®iÖn ¸p xoay chiÒu 220 V,50 hz ®îc biÕn ®æi xuèng cÊp thÊp h¬n vµ ®îc ®a qua chØnh lu hai nöa chu k× t¹o ra ®iÖn ¸p U2 cã biªn ®é nhá h¬n vµ tÇn sè =100 hz.§iÖn ¸p nµy ®îc so s¸nh víi Uo.Khi UoU2 th× Ura=+E.§iÖn ¸p Ura cã c¶ phÇn ©m vµ d¬ng víi biªn ®é b»ng ± E .Ta dïng §ièt §ZA3 ,®iÖn trë RA6®Ó lo¹i phÇn xung ©m vµ c¾t bít biªn ®é cuèi cïng ta ®îc d¹ng xung U®b ®Ó më MOSFET nh h×nh vÏ sau:
Ura1 +E -E 35
U3 4,3v
d) TÝnh to¸n cô thÓ: Do ta chän ®é réng xung tx=0,3 ms do ®ã ta cã gãc më bãng lµ: θ = ω.t X = 314.0,3.10 −3 = 0,0942(rad )
Ph¬ng tr×nh cña u2 lµ: u2=U21 2 Sin ωt T¹i vÞ trÝ U0=u2 th× ta cã: θ
U0= U21 2 Sin 2 U0
U = 2 sin 0,0471 = 0,067 21 + Chän cÊp ®iÖn ¸p ë thø cÊp BA1 lµ U 21=22 V(hay hÖ sè BA1 lµ k=10) th× ®iÖn ¸p U0=0,067.22=1,474(v) U RA5 + RA4 E E 15 = 0 = ≈ 10,2(V ) = RA4 + RA5 RA5 RA5 U 0 1,474
Ta cã RA
4 RA = 10,2 5
Chän RA5=1 K th× RA4=10,2 K + Chän RA6: URA6 =RA6.I =URa1-UZ=15-4,3=10,7(V) RA6 =
V×
10,7 I
0,0117
92
RA6=800( Ω) + TÝnh chän kh©u chØnh lu hai nöa chu k×: Chän RA3=100( Ω ) Dßng trung b×nh qua c¸c ®ièt DA3,DA4 lµ ITB§=
2 2U 21 2 2 .22 = = 0,19 (A) πRA3 3,14.100
Chän dßng I§=ITB§.k=0,19.1,5=0,3(A) Ung§= 2 2U 2 .K = 2 2.22.1,5 = 94(V ) Ta chän loai ®ièt c«ng suÊt BYD73-B cã ITBmax=1,75(A) Ungmax=100(V) + TÝnh chän c¸c ®iÖn trë RA1;RA2;DA1;DA2: C¸c ®ièt DA1;DA2 còng ®îc chän nh ®ièt DA3;DA4 36
22 − 4,3 = 2,71(V ) 3,14 2,71 RA1 = RA2 = I
Cã URA1=Utb-UZ=
V× 0,0117
1000uF C2
U3
RA7 9.42k
OP2
+E Utua
+
-E
Uv=-E
RA8 1k
c) Nguyªn t¾c ho¹t ®éng: + Khi U ®b>0 sÏ kÝch më bãng lµm ng¾n m¹ch hai ®Çu tô C2,®iÖn ¸p ra Ura=0 + Khi U®b=0 sÏ kho¸ bãng l¹i ,m¹ch trë thµnh m¹ch tÝch ph©n víi ®iÖn ¸p ra tÝnh theo c«ng thøc: U ra = U C 2 = −
1 C2
UV
∫ RA
dt
7
UV
Ura= − RA .C .t (nÕu UVlµ h»ng sè) 7 2 d) TÝnh to¸n cô thÓ:
37
U3
Utùa π +θ / 2
θ /2
V× gãc θ b»ng gãc dÉn cña xung ®ång bé rÊt bÐ do ®ã cã thÓ coi Uramax =U( θ /2+ π )=U( π ) thay vµo biÓu thøc trªn Uramax= −
UV .π RA7 C 2
NÕu chän UV= -15 V Uramax=5 V th× cã thÓ chän R,C nh sau RA7.C2=3 π Chän C2=1000 μF RA7=
3,14.3 = 9,42.10 3 (Ω) = 9,42( KΩ) 1000.10 −6
5) Kh©u so s¸nh a) T¸c dông Kh©u nµy ®Ó so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Ó t¹o gãc më α theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng b) S¬ ®å nguyªn lý +E Utua
+
RA8 800
U4
OP3 Udk
-E DZA4
c) Nguyªn t¾c ho¹t ®éng Utùa U®k
38
+E -E Khi U®k>Utùa th× Ura=-E=-15 v Khi U®k
U V .150.Π 15 150 = Π = 4,2V RA7 C 2 .180 3.Π 180
§iÖn trë RA8 còng ®îc chän lµ 800( Ω ) §ièt zenner lµ lo¹i 1N229B c«ng suÊt P=0,5(W) UZ=4,3(v) ,Imax=117mmA;Imin=11,7 mmA. 6) Khèi ph¶n håi : + S¬ ®å nhiÖt ®é trong lß lÊy tÝn hiÖu ra lµ ®iÖn ¸p Et :
+ Trong s¬ ®å trªn : R20, R18, R19 lµ ®iÖn trë Manganin. R17 lµ ®iÖn trë thay ®æi theo nhiÖt ®é ®îc lµm b»ng Cu hoÆc Ni
ë 00C cÇu ®îc tÝnh to¸n c©n b»ng, lóc nµy Et = 0. Khi nhiÖt ®é m«i trêng thay ®æi cÇu mÊt c©n b»ng. Lóc nµy gi¸ trÞ cña R 17 còng thay ®æi lµm xuÊt hiÖn trªn hai ®Çu A,B mét ®iÖn ¸p ∆U. MÆt kh¸c nhiÖt ®é thay ®æi nªn hai ®Çu nhiÖt kÕ xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p ∆Et sao cho ∆Et = ∆U. V× vËy mV kÕ vÉn chØ 0 V. 39
Ta dïng cÆp nhiÖt ®iÖn Platin – Platin R«®i (90% lµ Pt, 10% lµ Rh) ®o l©u dµi víi nhiÖt ®é lµ 1000 – 12000C. Kho¶ng 1000C th× t¨ng 0,64 mV. Ta cã ®å thÞ quan hÖ gi÷a Et = f(t0C) NhiÖt ®é nhá nhÊt lµ 10000C. Tra ®å thÞ ta ®îc Et = 6,4 mV. NhiÖt ®é cao nhÊt lµ 12000C. Tra ®å thÞ ta ®îc Et = 7,68 mV. §iÖn ¸p ®o ®îc trªn mV kÕ lµ nhá nªn ta ph¶i khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p. + Kh©u khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p ph¶n håi : R7 546k
+E Et
R6 546k
+
Udk
0P4 R8 1k
-E
R7 ) R8 R7 U dk 4,2 R = E − 1 = 0,00768 = 547 − 1 = 546 8 t
U®k= Et.(1+
Ta chän R8 = 1 KΩ R7 = 546 KΩ. Chän R6 = R7//R8 = 547 KΩ 7) Khèi nguån: a) Ta sö dông 2 lo¹i nguån lµ ± 15V do vËy ta ph¶i thiÕt kÕ t¹o m¹ch cung cÊp 2 lo¹i nguån nµy: 7815 D1
D2
C1 1000uF
BANG
C3
C5
1000uF
0.1uF
C4 1000uF
0.1uF
220 V C2 D3
D4
1000uF
7915
Nguyªn lý lµm viÖc cña khèi nguån: 40
C6
§iÖn ¸p 220V 50hz ®îc ®a qua biÕn ¸p ®Ó h¹ ®iÖn ¸p xuèng cßn U21=U22= 35 V vµ ®a qua bé chØnh lu cÇu chØnh lu thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu sau ®ã ®a qua hai bé æn ¸p UA7815 vµ UA7915 (lµ vi m¹ch æn ¸p c«ng suÊt lín,vá s¾t) t¹o ra c¸c ®iÖn ¸p ± 15 V.C¸c tô C1;C2;C3;C4; lµ c¸c tô läc ph¼ng.Hai tô läc nhiÔu lµ C5 vµ C6 IC æn ¸p lo¹i UA7815 cã c¸c th«ng sè lµ : Ungìng = 35 V Ira = 0 – 1,5 A E = 15 V IC æn ¸p lo¹i UA7915 cã c¸c th«ng sè lµ : Ungìng = -40 V Ira = 0 – 1,5 A -E = -15 V Chän c¸c ®i èt lo¹i D-1001 cã c¸c th«ng sè sau:ITB=800mmA;Umax=100V C¸c tô chän lµ tô ho¸ cã c¸c sè liÖu nh h×nh vÏ. b) TÝnh to¸n biÕn ¸p nguån nu«i. §©y lµ lo¹i BA 3 cuén d©y,mét cuén d©y s¬ cÊp vµ hai cuén d©y thø cÊp gièng hÖt nhau.V× vËy khi thiÕt kÕ ta chØ cÇn tÝnh cho cuén s¬ cÊp vµ mét cuén thø cÊp. Ta cã trÞ sè ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn s¬ cÊp vµ thø cÊp cña BA lµ: U21=U22=35 V I21=I22=0,53 A C«ng suÊt BA lµ P=70.0,53=37,1 W Theo kinh nghiÖm thùc tÕ ta tÝnh s¬ bé tiÕt diÖn lâi s¾t S=1,2 P = 1,2 37,1 = 7,31cm 2 Tra b¶ng MBA c«ng suÊt (s¸ch ®iÖn tö c«ng suÊt ) ta cã c¸c sè liÖu sau: Chän tiÕt diÖn chuÈn:s=7,28 cm2 ghÐp b»ng l¸ thÐp lo¹i θ 330 cã bÒ dµy 0,35 mm cã c¸c th«ng sè sau: a=20mm h=50 mm H=70mm c=20mm B=40 mm C=80mm 2 ThÓ tÝch thÐp tõ :V=125 cm Träng lîng thÐp tõ :G=0,99 kg H×nh d¸ng lâi s¾t tõ ®îc vÏ ë h×nh sau:
41
B
c
a
H
a/2 h
C + )TÝnh sè vßng v«n: Uv=4,44.f.B T .F T .10 - 4 Trong ®ã : f=50 hz (tµn sè l íi ®iÖn) B T =1,1 T (§é tù c¶m) F T =7,28 (tiÕt diÖn trô) U V =4,44.50.1,1.7,28.10 - 4 =0,17(V/vßng) Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp :W1=220/0,17=1294 vßng Sè vßng d©y cuén thø cÊp:W2=35/0,17 =206 vßng Dßng ®iÖn ch¶y trong cuén s¬ cÊp MBA: I 1 =P/U1=37,1/220=0,17 A Víi mËt ®é dßng ®iÖn J=2,5 A/mm 2 TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp lµ:S 1 =0,17/2,5=0,07 mm 2 Tra b¶ng th«ng sè tiªt diÖn d©y trßn ta chän d©y ký hiÖu Πθπ 0,35.Cã c¸c th«ng sè: d=0,31 mm S=0,04115 mm 2 g=0,369 g/m r 0 =0,239 Ω / m TiÕt diÖn d©y thø cÊp MBA:S 2 =I 2 /2,5=0,53/2,5=0,212 2 mm Chän d©y cã ký hiÖu Πθπ 0,56 cã c¸c th«ng sè: d=0,51 mm S=0,2043 mm 2 g=1,82 g/m r 0 =0,084 Ω / m 42
43
3 - Nhîc ®iÓm cña lß ®iÖn N¨ng lîng ®iÖn t¬ng ®èi ®¾t so víi dÇu Mazuts vµ khÝ.Trong mét sè trêng hîp,lß ®iÖn phøc t¹p h¬n vÒ cÊu t¹o vµ khi sö dông yªu cÇu cã tr×ng ®é kÜ thuËt cao.Trong thêi ®¹i ngµy nay ,qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ph¸t triÓn cao,lß ®iÖn cã thÓ ®îc ®iÒu khiÓn b»ng kÜ thuËt sè do ®ã ph¶i cã tr×nh ®é kÜ thuËt cao míi ®¸p øng ®îc. II-Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn trë 1 - Nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë lµm viÖc dùa trªn c¬ së khi cã mét dßng ®iÖn ch¹y qua mét d©y dÉn hoÆc vËt dÉn th× ë ®ã sÏ to¶ ra mét lîng nhiÖt theo ®Þnh luËt Jun-Lenx¬ : Q=I2R*t Q - Lîng nhiÖt tÝnh b»ng Jun (J) I - Dßng ®iÖn tÝnh b»ng Ampe (A) R - §iÖn trë tÝnh b»ng ¤m T - Thêi gian tÝnh b»ng gi©y (s) Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy ®iÖn trë R cã thÓ ®ãng vai trß : VËt nung : Trêng hîp nµy gäi lµ nung trùc tiÕp D©y nung : Khi d©y nung ®îc nung nãng nã sÏ truyÒn nhiÖt cho vËt nung b»ng bøc x¹, ®èi lu, dÉn nhiÖt hoÆc phøc hîp. Trêng hîp nµy gäi lµ nung gi¸n tiÕp. +Trêng hîp thø nhÊt Ýt gÆp v× nã chØ dïng ®Ó nung nh÷ng vËt cã h×nh d¹ng ®¬n gi¶n ( tiÕt diÖn ch÷ nhËt, vu«ng vµ trßn ) +Trêng hîp thø hai thêng gÆp nhiÒu trong thùc tÕ c«ng nghiÖp. Cho nªn nãi ®Õn lß ®iÖn trë kh«ng thÓ kh«ng ®Ò cËp ®Õn vËt liÒu ®Ó lµm d©y nung, bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß. 2 - Nh÷ng vËt liÖu dïng lµm d©y nung a) - Yªu cÇu cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung D©y nung lµ bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß, lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt do ®ã ®ßi hái ph¶i ®¶m b¶o c¸c yÒu cÇu sau : + ChÞu nãng tèt, Ýt bÞ «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao + Ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc cao, kh«ng bÞ biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao + §iÖn trë suÊt ph¶i lín + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ph¶i nhá + C¸c tÝnh chÊt ®iÖn ph¶i cè ®Þnh hoÆc Ýt thay ®æi + C¸c kÝch thíc ph¶i kh«ng thay ®æi khi sö dông + DÔ gia c«ng, dÔ hµn ho¨c dÔ Ðp khu«n 2
b)- D©y nung kim lo¹i §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu cña d©y nung, trong hÇu hÕt c¸c lß ®iÖn trë c«ng nghiÖp, d©y nung kim lo¹i ®Òu ®îc chÕ t¹o b»ng c¸c hîp kim Cr«m-Nh«m vµ Cr«m-Niken lµ c¸c hîp kim cã ®iÖn trë lín. Cßn c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt ®îc dïng ®Ó chÕ t¹o d©y nung rÊt hiÕm v× c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt thêng cã nh÷ng tÝnh chÊt kh«ng cã lîi cho viÖc chÕ t¹o d©y nung nh : + §iÖn trë suÊt nhá + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë lín + BÞ «xy ho¸ m¹nh trong m«i trêng khÝ quyÔn b×nh thêng +D©y nung kim lo¹i thêng ®îc chÕ t¹o ë d¹ng trßn vµ d¹ng b¨ng c) - D©y nung phi kim lo¹i D©y nung phi kim lo¹i dïng phæ biÕn lµ SiC, grafit vµ than. III-CÊu t¹o lß ®iÖn trë A- Nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi cÊu t¹o lß ®iÖn 1 - Hîp lý vÒ c«ng nghÖ Hîp lý vÒ c«ng nghÖ cã nghÜa lµ cÊu t¹o lß kh«ng nh÷ng phï hîp víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ yªu cÇu mµ cän tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng sö dông nã ®èi víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nÕu nh kh«ng lµm phøc t¹p qu¸ tr×nh gia c«ng vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh mét c¸ch râ rÖt. CÊu tróc lß ®¶m b¶o ®îc c¸c ®iÒu kiÖn nh thÕ míi coi lµ hîp lý nhÊt. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng trong khi nhu cÇy vÒ lß ®iÖn vît xa kh¶ n¨ng s¶n xuÊt ra nã. 2 - HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt lµ kh¶ n¨ng biÓu thÞ hiªu suÊt cùc ®¹i cña kÕt cÊu khi c¸c th«ng sè cña nã x¸c ®Þnh ( kÝch thíc ngoµi, c«ng suÊt, träng lîng gi¸ thµnhv.v... ). §èi víi mét thiÕt bÞ hoÆc mét vËt phÈm s¶n xuÊt ra, n¨ng suÊt trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Þnh møc, suÊt tiªu hao ®iÖn ®Ó nung v.v... lµ c¸c chØ tiªu cë b¶n cña hiÖu qu¶ kü thuËt. Cßn ®èi víi tõng phÇn riªng biÖt cña kÕt cÊu hoÆc chi tiÕt, hiÖu qu¶ kü thuËt ®îc ®¸nh gi¸ b»ng c«ng suÊt dÉn ®éng, m« men xo¾n, lùc v.v... øng víi träng lîng, kÝch thíc hoÆc gi¸ thµnh kÕt cÊu. 3 - Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña chÊt lîng kÕt cÊu cña c¸c lß ®iÖn. Thêng c¸c lß ®iÖn lµm viªc liªn tôc trong mét ca, hai ca vµ ngay c¶ ba ca mét ngµy. NÕu trong khi lµm viÖc, mét bé phËn nµo ®ã kh«ng hoµn h¶o sÏ ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh s¶n suÊt chung. §iÒu nµy 3
®Æc biÖt quan träng ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc liªn tôc trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng. Ngay ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc chu kú, lß ngõng còng lµm thiÖt h¹i râ rÖt cho s¶n xuÊt v× khi ngõng lß ®ét ngét ( nghÜa lµ ph¸ huû chÕ ®é lµm viÖc b×nh thêng vña lß ) cã thÓ dÉn ®Õn lµm h háng s¶n phÈm, l·ng phÝ nguyªn vËt liªu vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm. Mét chØ tiªu phô vÒ sù ch¾c ch¾n khi lµm viÖc cña mét bé phËn ®ã cña lß ®iÖn lµ kh¶ n¨ng thay thÕ nhanh hoÆc kh¶ n»ng dù tr÷ lín khi lß lµm viÖc b×nh thêng. Theo quan ®iÓm ch¾c ch¾n, trong thiÕt bÞ cÇn chó ý ®Õn c¸c bé phËn quan träng nhÊt, quyÕt ®Þnh sù lµm viÖc liªn tôc cña lß. ThÝ dô : d©y nung, b¨ng t¶i v.v... 4 - TiÖn lîi khi sö dông TiÖn lîi khi sö dông nghÜa lµ yªu cÇu: Sè nh©n viªn phôc vô tèi thiÓu Kh«ng yªu cÇu tr×nh ®é chuyªn m«n cao, kh«ng yªu cÇu søc lùc vµ sù dÎo dai cña nh©n viªn phôc vô. Sè lîng c¸c thiÕt bÞ hiÕm vµ quÝ bÞ hao mßn nhanh yªu cÇu tèi thiÓu B¶o qu¶n dÔ dµng. KiÓm tra vµ söa ch÷a tÊt c¶ c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ thuËn lîi. Theo quan ®iÓm an toµn lao ®éng, ®iÒu kiÖn lµm viÖc ph¶i hîp vÖ sinh vµ tuyÖt ®èi an toµn. 5 - RÎ vµ ®¬n gi¶n khi chÕ t¹o VÒ mÆt nµy yªu c©u nh sau : Tiªu hao vËt liÖu Ýt nhÊt, ®Æc biÖt lµ c¸c vËt liÖu quÝ vµ hiÕm ( c¸c kim lo¹i mÇu, c¸c hîp kim cã hµm lîng niken cao v.v... ) C«ng nghÖ chÕ t¹o ®¬n gi¶n nghÜa lµ kh¶ n¨ng chÕ t¹o ph¶i sao cho ngµy c«ng Ýt nhÊt vµ tËn dông ®äc c¸c thiÕt bÞ, dông cô th«ng thêng cã s½n trong c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o ®Ó gia c«ng. C¸c lo¹i vËt liÖu vµ thiÕt bÞ yªu cÇu ®Ó chÕ t¹o ph¶i Ýt nhÊt. Sö dông ®Õn møc tèi ®a c¸c kÕt cÊu gièng nhau vµ cïng lo¹i ®Ó dÔ dµng ®æi lÉn vµ thuËn tiÖn khi l¾p r¸p. Chän hîp lý c¸c d¹ng gia c«ng ®Ó phï hîp víi ®iÒu kiÖn chÕ t¹o ( ®óc, hµn, dËp ). Bá c¸c chi tiÕt vµ c¸c kh©u gia c«ng c¬ khÝ kh«ng hîp lý. 6 - H×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp Mçi kÕt cÊu cña thiÕt bÞ, vËt phÈm, c¸c kh©u vµ c¸c chi tiÕt ph¶i cã h×nh d¸ng vµ tû lÖ c¸c c¹nh phï hîp, dÔ coi. Tuy vËy 4
còng cÇn chó ý r»ng, ®é bÒn cña kÕt cÊu khi träng lîng nhá vµ h×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp cã quan hÖ kh¨ng khÝt víi nhau. ViÖc gia c«ng lÇn chãt nh s¬n cã vai trß ®Æc biÖt quan träng ®èi víi h×nh d¸ng bÒ ngoµi cña lß ®iÖn. Song còng cÇn tr¸nh sù trang trÝ kh«ng cÇn thiÕt. B - CÊu t¹o lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë th«ng thêng gåm ba phÇn chÝnh : vá lß, líp lãt vµ d©y nung. 1 - Vá lß Vá lß ®iÖn trë lµ mét khung cøng v÷ng, chñ yÕu ®Ó chÞ t¶i träng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lß. MÆt kh¸c vá lß còng dïng ®Ó gi÷ líp c¸ch nhiÖt rêi vµ ®¶m b¶o sù kÝn hoµn toµn hoÆc t¬ng ®èi cña lß. §èi víi c¸c lß lµm viÖc víi khÝ b¶o vÖ, cÊn thiÕt vá lß ph¶i hoµn toµn kÝn, cßn ®èi víi c¸c lß ®iÖn trë b×nh thêng, sù kÝn cña vá lß chØ cÇn gi¶m tæng thÊt nhiÖt vµ tr¸nh sù lïa cña kh«ng khÝ l¹nh vµo lß, ®Æc biÖt theo chiÒu cao lß. Trong nh÷ng trêng hîp riªng, lß ®iÖn trë cã thÓ lµm vá lß kh«ng bäc kÝn. Khung vá lß cÇn cøng v÷ng ®ñ ®Ó chÞ ®îc t¶i träng cña líp lãt, phô t¶i lß ( vËt nung ) vµ c¸c c¬ cÊu c¬ khÝ g¾n trªn vá lß. - Vá lß ch÷ nhËt thênng dïng ë lß buång, lß liªn tôc, lß ®¸y rung v.v... - Vá lß trßn dïng ë c¸c lß giÕng vµ mét vµi lß chôp v.v... - Vá lß trßn chÞu lùc t¸c dông bªn trong tèt h¬n vá lß ch÷ nhËt khi cïng mét lîng kim lo¹i ®Ó chÕ t¹o vá lß. Khi kÕt cÊu vá lß trßn, ngêi ta thêng dïng thÐp tÊm dµy 3 - 6 mm khi ®êng kÝnh vá lß lµ 1000 – 2000 mm vµ 8 – 12 mm khi ®êng kÝnh vá lß lµ 2500 – 4000 mm vµ 14 – 20 mm khi ®êng kÝnh vá lß kho¶ng 4500 – 6500 mm. Khi cÇn thiÕt t¨ng ®é cøng v÷ng cho vá lß trßn, ngêi ta dïng c¸c vßng ®Öm t¨ng cêng b»ng c¸c lo¹i thÐp h×nh. Vá lß ch÷ ngËt ®îc dùng lªn nhê c¸c thÐp h×nh U, L vµ thÐp tÊm c¾t theo h×nh d¸ng thÝch hîp. Vá lß cã thÓ ®îc bäc kÝn, cã thÓ kh«ng tuú theo yªu cÇu kÝn cña lß. Ph¬ng ph¸p gia c«ng vá lß lo¹i nµy chñ yÕu lµ hµn vµ t¸n. 2 - Líp lãt Líp lãt lß ®iÖn trë thêng gåm hai phÇn : vËt liÖu chÞu löa vµ c¸ch nhiÖt. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cã thÓ x©y b»ng g¹ch tiªu chuÈn, g¹ch h×nh vµ g¹ch h×nh ®Æc biÖt tuú theo h×nh d¸ng vµ kÝch thíc ®· cho cña buång lß. Còng cã khi ngêi ta ®Çm b»ng c¸c lo¹i 5
bét chÞu löa vµ c¸c chÊt dÝnh dÕt gäi lµ c¸c khèi ®Çm. Khèi ®Çm cã thÓ tiÕn hµnh ngay trong lß vµ còng cã thÓ tiÕn hµnh ë ngoµi nhê c¸c khu«n. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau : + ChÞu ®îc nhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cña lß. + Cã ®é bÒn nhiÖt ®ñ lín khi lµm viÖc. + Cã ®ñ ®é bÒn c¬ häc khi xÕp vËt nung vµ ®Æt thiÕt bÞ vËn chuyÓn trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng g¾n d©y nung bÒn vµ ch¾c ch¾n. + Cã ®ñ ®é bÒn ho¸ häc khi lµm viÖc, chÞu ®îc t¸c dông cña khÝ quyÓn lß vµ ¶nh hëng cña vËt nung. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi lß lµm viÖc chu kú. PhÇn c¸ch nhiÖt thêng n»m gi÷a vá lß vµ phÇn vËt liÖu chÞu löa. Môc ®Ých chñ yÕu cña phÇn nµy lµ ®Ó gi¶m tæn thÊt nhiÖt. Riªng ®èi víi ®¸y, phÇn c¸ch nhiÖt ®ßi hái ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc nhÊt ®Þnh cßn c¸c phÇn kh¸c nãi chung kh«ng yªu cÇu. Yªu cÇu c¬ b¶n cña phÇn c¸ch nhiÖt lµ : + HÖ sè dÉn nhiÖt cùc tiÓu + Kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu + æn ®Þnh vÒ tÝnh chÊt lý, nhiÖt trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc x¸c ®Þnh. PhÇn c¸ch nhiÖt cã thÓ x©y b»ng g¹ch c¸ch nhiÖt, cã thÓ ®iÒn ®Çy b»ng bét c¸ch nhiÖt. 3 - D©y nung Theo ®Æc tÝnh cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung, ngêi ta chia d©y nung lµm hai lo¹i : d©y nung kim lo¹i vµ d©y nung phi kim lo¹i. Trong c«ng nghiÖp, c¸c lß ®iÖn trë dïng phæ biÕn lµ d©y nung kim lo¹i.
6
Ch¬ng 2 Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha I - M¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha Nh ®· nãi ë trªn, c«ng suÊt ra t¶i cña lß ®îc tÝnh theo c«ng thøcP =
3U f R
Nh vËy, ®Ó thay ®æi c«ng suÊt ®a ra t¶i , ta cã thÓ thay ®æi R hoÆc Uf tuy nhiªn, trong thùc tÕ, ngêi ta thêng chän c¸ch thay ®æi Uf ®Ó cã thÓ thay ®æi c«ng suÊt ra t¶i. Khi cã s½n mét nguån ®iÖn xoay chiÒu, ®Ó cã thÓ thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i ta cã thÓ dïng bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu ( §AXC ) dïng van b¸n dÉn. ViÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i dùa theo nguyªn t¾c t¬ng tù nh ë c¸c bé chØnh lu tøc lµ thay ®æi ®iÓm më cña van so víi ®iÓm qua kh«ng cña ®iÖn ¸p nguån, v× vËy cßn gäi lµ ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn pha (thay ®æi gãc më van ). Do diot chØ cã thÓ dÉn dßng theo mét chiÒu mµ ta l¹i yªu cÇu ®iÖn ¸p ra t¶i lµ xoay chiÒu nªn trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ngêi ta kh«ng dïng diot mµ dïng triac v× ®©y lµ lo¹i van b¸n dÉn duy nhÊt cho phÐp dßng ®iÖn xoay chiÒu ®i qua nã. Tuy nhiªn, do triac kh«ng th«ng dông b»ng thyristor nªn thùc tÕ ngêi ta thêng dïng s¬ ®å 2 thyristor ®Êu song song ngîc nhau thay cho triac nh h×nh díi :
C¸c van T1, T2 lÇn lît dÉn dßng theo 1 chiÒu x¸c ®Þnh nªn dßng qua cÆp thyristor ®Êu song song ngîc nµy lµ dßng xoay chiÒu. C¸c van thyristor ®îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau gãc 180 ®é ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o dßng qua cÆp van lµ hoµn toµn ®èi xøng. Mét u ®iÓm cña viÖc sö dông hai van thyristor ®Êu song song ngîc nhau thay thÕ cho triac trong n¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu lµ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn ®Ó më vµ kho¸ thyristor dÔ dµng h¬n nhiÒu so víi triac.
7
Ta cã ®å thÞ d¹ng ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu :
C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu cã nhîc ®iÓm c¬ b¶n lµ trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh, m¹ch lu«n lµm viÖc ë chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, c¶ d¹ng dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ra t¶i ®Òu kh«ng sin nªn chØ phï hîp víi c¸c t¶i lo¹i ®iÖn trë nh lß ®iÖn trë , bãng ®Ìn lo¹i sîi ®èt v...v... Dßng ®iÖn sÏ liªn tôc vµ ®ång thêi trë thµnh h×nh sin hoµn chØnh chØ khi ®iÖn ¸p ra t¶i lÊy b»ng ®iÖn ¸p nguån. Nh vËy, khi ®iÒu chØnh trªn t¶i nhËn ®îc mét d¶i n sãng hµi h×nh sin. MÆc dï vËy, víi t¶i lµ ®iÖn trë thuÇn cña lß ®iÖn trë th× viÖc d¹ng ®iÖn ¸p ra t¶i kh«ng sin còng kh«ng ¶nh hëng ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß. C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu kh«ng phï hîp víi t¶i d¹ng c¶m kh¸ng nh biÕn ¸p hoÆc ®éng c¬ ®iÖn,... nªn chØ dïng khi ph¹m vi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p kh«ng lín. Trong thùc tÕ c«ng nghiÖp, c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu thêng sö dông lµ c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha, t¶i m¾c h×nh sao( Y ) hoÆc t¶i h×nh tam gi¸c ( ∆ ). Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi m¹ch mét pha v× ë ®©y c¸c pha ¶nh hëng m¹nh sang nhau vµ nã cßn tuú thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh s¬ ®å ®Êu van, gãc ®iÒu khiÓn cô thÓ, tÝnh chÊt t¶i...
8
H×nh sau lµ s¬ ®å thêng dïng nhÊt, ®ã lµ s¬ ®å cã s¸u
thyristor ®Êu thµnh ba cÆp song song ngîc. II - Quan hÖ gi÷a gãc ®iÒu khiÓn vµ c«ng suÊt ra t¶i Khi ph©n tÝch ho¹t ®éng cña s¬ ®å ta cÇn x¸c ®Þnh râ xem trong c¸c giai ®o¹n sÏ cã bao nhiªu van dÉn vµ nhê c¸c quy luËt díi ®©y ta cã thÓ cã ®îc biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n, tõ ®ã míi tiÕn hµnh tÝnh to¸n. Díi ®©y lµ c¸c quy luËt dÉn dßng cña van trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha: + NÕu mçi pha cã mét van dÉn th× toµn bé ®iÖn ¸p ba pha nguån ®Òu nèi ra t¶i. + NÕu chØ hai pha cã van dÉn th× mét pha nguån bÞ ng¾t ra khái t¶i, do ®ã ®iÖn ¸p ®a ra t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y nµo cã van ®ang dÉn. + Kh«ng thÓ cã trêng hîp chØ cã mét pha dÉn dßng. + Dùa vµo quy luËt dÉn dßng cña van trong tõng giai ®o¹n mµ ta cã thÓ x©y dùng ®îc ®å thÞ ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha. TiÕp theo, tõ nh÷ng biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n ®ã ta l¹i cã thÓ tÝnh to¸n ®îc c¸c ®¹i lîng cÇn tÝnh nh ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, c«ng suÊt... +Ta xÐt ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng s¸u thyristor ®Êu song song ngîc, t¶i thuÇn trë ®Êu h×nh sao ë trªn vµ dùng ®å thÞ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt t¶i vµ gãc α : C«ng suÊt t¶i lµ : P = 3.I 2 .R Trong ®ã I lµ trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn t¶i. Dßng ®iÖn nµy biÕn thiªn theo hai trong ba quy luËt dÉn dßng cña van nh sau : • NÕu mçi pha cã mét van dÉn ( hay toµn m¹ch cã ba van dÉn) : 9
U dm sin(θ + ϕ) 3R • NÕu chØ cã hai van dÉn (hay toµn m¹ch cã hai van dÉn i=
): U dm sin(θ + ϕ) 2R trong ®ã : U dm lµ biªn ®é ®iÖn ¸p d©y. ϕ lµ gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ë giai ®o¹n ®ang xÐt. * Tuú thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn mµ c¸c giai ®o¹n cã ba van dÉn hoÆc hai van dÉn còng thay ®æi theo. Ta thÊy cã ba kho¶ng ®iÒu khiÓn chÝnh : 1) Kho¶ng dÉn cña van øng víi α = 0 ÷ 60 o : Trong ph¹m vi nµy sÏ cã c¸c giai ®o¹n ba van vµ hai van dÉn xen kÏ nhau nh ®å thÞ díi ®©y : i=
Gi¶ thiÕt khi T1 vµ T2 ®ang dÉn dßng,dßng ®iÖn ch¶y trong T1 vµ T2 lµ iT1=iT2=i12=
1 (U a − U c ) 2R
Dßng ®iÖn i12 xuÊt hiÖn tõ khi måi T2 vµ tån t¹i,vÒ nguyªn t¾c chõng nµo Uac>0.Nhng khi T1 vµ T2 dang dÉn dßng,nÕu ta måi T3,do Ub>Ua sÏ xuÊt hiÖn thªm do mét dong ®iÖn n÷a lµ i 31 ch¶y 10
tõ i31=
pha
B
qua
T3,qua
t¶i
vµ
T1
vÒ
nguån
pha
A:
1 (U b − U a ) 2R
Lóc nµy dong ®iÖn trong T1 lµ: iT1=i12-i13=
3U a 1 (U a − U c − U b + U a ) = 2R 2R
Tiristor T1 sÏ kho¸ l¹i khi iT1=0 tøc lµ khi Ua=0 Suy ra:T3vµ T6 sÏ kho¸ khi Ub=0;T2vµ T5 sÏ kho¸ khi Uc=0 Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I .R = 2
3U ' a R
2
Trong ®ã: U’a lµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p t¶i pha A Theo ®Þnh nghÜa vÒ trÞ hiÖu dông: 1 U’a = 2π
2π
∫ (U '
2
=
2 U dm
) 2 .dθ
0
π /3
(
a
∫ α
sin 2 θ dθ + 3
π +α 3
∫ π 3
⇒P
=
2π 3 sin 2 θ sin 2 θ dθ + ∫ dθ + 4 3 π 3
+α
3U α sin 2α [π − 3 + 3 ] (1) πR 2 4
2π +α 3
∫π
2 3
π
sin 2 θ sin 2 θ dθ + ∫ dθ ) 4 3 2π 3
+α
2 dm
2) Kho¶ng van dÉn øng víi α = 60 ÷ 90 o : Trong ph¹m vi nµy lu«n chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra ë díi :
11
Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I 2 .R 5π π − +α 6 3
3U sin θ [ ∫ dθ + = πR π − π + α 4 2 dm
2
2 3
=
5π π − +α 6 3
sin 2 θ ∫ 4 dθ] π π − +α 2 3
3U π 9 3 3 [ + sin 2α + cos 2α ] πR 2 8 8 2 dm
(2)
3) Kho¶ng van dÉn øng víi α = 90 ÷ 150 o : Trong ph¹m vi nµy chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn hoÆc kh«ng cã van nµo dÉn xen kÏ nhau. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra nh ë díi :
Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I 2 .R 2 π π 3U dm sin 2 θ sin 2 θ dθ + ∫ dθ] = πR [ π ∫π 4 3 π π − +α − +α 2 3
2 3
12
2 3U dm 5π 3α 3 3 3 = [ − + cos 2α + sin 2α ] (3) πR 4 2 8 8
Theo ba biÓu thøc (1), (2), (3) vµ cho c¸c gi¸ trÞ α kh¸c nhau vµ lÊy P ë α = 0 lµ 100% ta cã b¶ng c¸c gi¸ trÞ vµ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P% P% α α 0 100 90 29,3 20 98,6 100 18,1 30 95,6 110 9,7 40 90,2 120 4,3 50 81,8 130 1,3 60 70,6 140 0,1 70 57,16 150 0 80 42,8
NhËn xÐt : + C«ng suÊt ®a ra t¶i lµ lín nhÊt khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 nhng víi α =30 th× c«ng suÊt ra t¶i còng xÊp xØ khi α = 0. + Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc t¶i thuÇn trë ®Êu tam gi¸c, d¹ng ®iÖn ¸p tõng pha còng nh vËy. Tuy nhiªn, do t¶i ®Êu tam gi¸c nªn khi m¹ch cã ba van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y, khi m¹ch cã hai van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i gi÷a hai d©y ®ã lµ ®iÖn ¸p d©y cßn ®iÖn ¸p r¬i trªn hai ®iÖn trë cßn l¹i b»ng mét nöa ®iÖn ¸p d©y.
13
Ch¬ng 3 ThiÕt kÕ tÝnh to¸n m¹ch lùc I - TÝnh chän van b¸n dÉn Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng cho lß ®iÖn díi ®©y ta sö dông m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc, t¶i thuÇn trë ®Êu sao. C¸c biÓu thøc thÓ hiÖn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : 1) Víi α = 0 ÷ 60 o : 2 3U dm π α sin 2α [ − + ] P= πR 6 4 8 2) Víi α = 60 ÷ 90o : 2 3U dm π 3 3 P= [ + sin 2α + cos 2α] πR 12 16 16 3) Víi α = 90 ÷ 150o :
14
2 3U dm 5π α 3 1 P= [ − + cos 2α + sin 2α] πR 24 4 16 16
C«ng suÊt ®Þnh møc cña lß ®iÖn lµ Pdm = 120 (kw),tæn hao cña lß ®iÖn ∆P = 10 (kw) Trong thùc tÕ, lß ®iÖn cã thÓ coi lµ hé tiªu dïng ®iÖn lo¹i mét, nghÜa lµ nguån cung cÊp cho lß ®iÖn lµ æn ®Þnh. Tuy nhiªn, ®Ó ®¶m b¶o hiÖu qu¶ còng nh sù an toµn trong ho¹t ®éng cña lß ®iÖn, ta sÏ chän mét lîng c«ng suÊt dù tr÷ cho lß ®iÖn ®Ò phßng trêng hîp ®iÖn ¸p nguån v× mét lý do nµo ®ã bÞ sôt ¸p . Ngoµi ra, trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éngcua m×nh, lß ®iÖn còng chÞu thªm mét sè tæn thÊt kh¸c nh tæn thÊt trªn c¸c van b¸n dÉn, tæn thÊt trªn ®êng d©y... nhng do kh«ng ®¸ng kÓ so víi tæng tæn thÊt v× nhiÖt cña lß nªn ta cã thÓ bá qua. Khi α = 0 th× ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin hoµn toµn vµ ®ång thêi c«ng suÊt ra t¶i còng ®¹t c«ng suÊt lín nhÊt P = Pmax v× vËy ®Ó ®¶m b¶o ®ñ bï c¸c tæn hao ®· nãi ë trªn ta chän c«ng suÊt lín nhÊt cña lß øng víi khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 lµ : P = Pmax = 130 (kw) Dùa vµo c«ng thøc (1) ta tÝnh ®îc c«ng suÊt ra t¶i khi α = 0 Pmax = 3
Rt =
3U
2 U dmf
2 dmf
Pmax
Rt 3.220 2 = = 1,12 (Ω) 130.10 3
Ta x¸c ®Þnh ®îc d©y ®iÖn trë cña lß cã gi¸ trÞ lµ 1,12 (Ω). Tõ ®©y, dùa vµo c«ng nghÖ chÕ t¹o ta cã thÓ tiÕn hµnh thiÕt kÕ chi tiÕt cho d©y ®iÖn trë ®Ó cã thÓ ®¶m b¶o ®îc c¸c yªu cÇu kinh tÕ kÜ thuËt cña lß ®iÖn. 15
TiÕp theo, ta tiÕn hµnh chän van th«ng qua c¸c th«ng sè kü thuËt cña van lµ ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt, dßng trung b×nh qua van ... Nh ®· nãi ë trªn, ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu còng t¬ng tù nh m¹ch chØnh lu, cô thÓ lµ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc cã nguyªn lý ho¹t ®éng trong mét chu kú còng gièng nh nguyªn lý cña m¹ch chØnh lu ba pha h×nh tia. V× vËy, ta cã thÓ hoµn toµn ¸p dông c¸c th«ng sè chän van cña m¹ch chØnh lu ba pha h×nh tia cho m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ngîc. Cô thÓ : §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt trªn van : U ng max = 6U f = 2U dm U ng max = 2.380 = 537 (V) *NhËn xÐt : Khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin vµ nh vËy, dßng trung b×nh qua van lóc nµy lµ lín nhÊt. Tõ ®©y ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc gi¸ trÞ dßng ®iÖn trung b×nh qua van. 1 π I tb max = ∫ I max sin θ 2π 0 (do t¶i thuÇn trë nªn i trïng pha víi u ) U f max [− cos π − ( − cos 0)] I tb max = 2πR I tb max =
220. 2 = 88,47 (A) π .1,12
Dßng hiÖu dông qua van: Ihdmax=Itbmax. π =88,47.3,14=278(A) Khi chän van ta ph¶i chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van v× khi ho¹t ®éng, van to¶ nhiÖt rÊt lín nªn ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho van sÏ ¶nh hëng ®Õn hiÖu qu¶ còng nh tuæi thä cña van. NÕu van ho¹t ®éng trong ®iÒu kiÖn ®îc lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ nhê c¸nh t¶n nhiÖt th× van cã thÓ lµm viÖc tèt víi 25% dßng ®Þnh møc. NÕu van lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn lµm m¸t b»ng qu¹t giã cìng bøc th× van cã thÓ chÞu ®îc ®Õn 30 ÷ 60% dßng ®Þnh møc. NÕu lµm m¸t b»ng níc th× van cã thÓ chÞu ®îc ®Õn 80% dßng ®Þnh møc. Th«ng thêng trong c«ng nghiÖp th× van ph¶i ®îc lµm m¸t tåi nhÊt lµ b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã cìng bøc. Trong nhiÖm vô thiÕt kÕ lµ ®iÖn nµy th× dßng qua van kh«ng qu¸ lín nªn ta cã thÓ chän chÕ ®é lµm m¸t cho van b»ng kh«ng khÝ cã qu¹t giã c16
ìng bøc. Ta chän c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó van cã thÓ chÞu dßng tíi 30% dßng ®Þnh møc cña van. Khi ®ã dßng ®iÖn trung b×nh lµm viÖc cña van: I tblv =
88,47 I tb max = = 295 ( A ) 30% 30%
Dßng ®iÖn hiÖu dông lµm viÖc qua van: Ihd=
I hd 278 = = 927( A) 0,3 0,3
§Ó chän gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt trªn van, ta sÏ chän thªm hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p k u = 1,6 ÷ 2 ta chän : k u = 1,6 U ng = k u . U ng max = 1,6 . 537=860 (V) Ta sÏ chän van theo dßng lµm viªc hiÖu dông .Tõ c¸c gi¸ trÞ cña I hd max vµ U ng max , tra trong sæ tay ta chän ®îc van lo¹i DCR1053SD11 víi c¸c th«ng sè sau: U ng max = 1000 ( V ): §iÖn ¸p ngùoc cùc ®¹i I dm max = 950 ( A ) : Dßng ®iÖn hiÖu dông cùc ®¹i Ipic =16000(A) : Dßng ®iÖn ®Ønh cùc ®¹i Ig = 0,35(A) : Dßng cùc ®¹i ®iÒu khiÓn cùc G Ug =3,5(V) : §iÖn ¸p cùc ®¹i ®iÒu khiÓn ®Æt vµo GK ∆U =1,9(V) : Sôt ¸p trªn van khi ë tr¹ng th¸i dÉn du/dt =1000(v/s) : Tèc ®é t¨ng ¸p di = 200( A / s) dt max
t cm van Tmax
= 1250
=150( μ s)
: Thêi gian ®ãng më cña
: NhiÖt ®é lín nhÊt van cã thÓ chÞu ®îc ........
* KÕt luËn: Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng cho lß ®iÖn nµy ta cÇn dïng s¸u van thyristor DCR1053SD11 víi c¸c th«ng sè nh trªn. II - TÝnh to¸n b¶o vÖ van b¸n dÉn Trong qu¸ tr×nh van ho¹t ®éng th× van ph¶i ®îc lµm m¸t ®Ó van kh«ng bÞ ph¸ háng vÒ nhiÖt v× vËy ta ®· tÝnh to¸n chÕ ®é lµm m¸t cô thÓ cho van råi. Tuy nhiªn, van còng cã thÓ bÞ háng khi van ph¶i chÞu tèc ®é t¨ng dßng, t¨ng ¸p qu¸ lín. §Ó tr¸nh hiÖn tîng qu¸ dßng, qu¸ ¸p trªn van dÉn ®Õn háng van ta ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p thÝch hîp ®Ó b¶o vÖ van. BiÖn ph¸p b¶p vÖ 17
van thêng dïng nhÊt lµ m¾c m¹ch R, C song song van ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ m¾c nèi tiÕp cuén kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Do t¶i cña lß ®iÖn lµ t¶i thuÇn trë nªn khi van cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn më th× dßng qua van sÏ t¨ng ®ét ngét víi tèc ®é t¨ng dßng rÊt lín sÏ g©y háng van. V× vËy, ngêi ta cÇn ph¶i m¾c vµo tríc van mét cuén d©y ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. Cuén d©y ®îc dïng lµ mét cuén kh¸ng b·o hoµ cã ®Æc tÝnh lµ: khi dßng qua cuén kh¸ng æn ®Þnh th× ®iÖn c¶m cña cuén kh¸ng hÇu nh b»ng kh«ng vµ lóc nµy cuén d©y dÉn ®iÖn nh mét d©y dÉn b×nh thêng. Ta cã m¹ch nh h×nh vÏ:
§Ó tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña cuén kh¸ng ta xÐt qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong m¹ch: di U f = i.R + L. dt Ta thÊy r»ng tèc ®é t¨ng dßng lín nhÊt lµ: di U max = f dt L §Ó ®¶m b¶o an toµn cho van ta ph¶i chän L sao cho di/dt max ph¶i nhá h¬n tèc ®é t¨ng dßng chÞu ®îc cña van, hay lµ: di max < 200 A/µs dt
Uf < 200 A/µs L
L >
Uf 200.10
6
=
220. 2 = 1,555 µH 200.106
Ta chän cuén kh¸ng b·o hoµ cã gi¸ trÞ lµ 1,6 µH, lo¹i lâi kh«ng khÝ v× ®iÖn c¶m nhá. Sau khi tÝnh to¸n b¶o vÖ chèng tèc ®é t¨ng dßng ta tÝnh to¸n b¶o vÖ qu¸ ¸p cho van. Ngêi ta chia ra hai lo¹i nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ¸p: 1 - Nguyªn nh©n néi t¹i: Lµ do sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c líp b¸n dÉn. Khi kho¸ van thyristor b»ng ®iÖn ¸p ngîc, c¸c ®iÖn tÝch nãi trªn ®æi ngîc l¹i hµnh tr×nh, t¹o ra dßng ®iÖn ngîc trong thêi gian rÊt ng¾n. Sù 18
biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ngîc g©y nªn søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m, vèn lu«n lu«n cã cña ®êng d©y nguån dÉn ®Õn c¸c thyristor. V× vËy, gi÷a anèt vµ catèt cña thyristor xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. Ta cã ®å thÞ thÓ hiÖn qu¸ tr×nh biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn van:
2 - Nguyªn nh©n bªn ngoµi: Nh÷ng nguyªn nh©n nµy thêng xÈy ra ngÉu nhiªn nh khi ®ãng c¾t kh«ng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®êng d©y, khi mét cÇu ch× b¶o vÖ nhÈy, khi cã sÊm sÐt ... §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn ngêi ta dïng m¹ch RC ®Êu song song víi thyristor nh h×nh díi:
Th«ng sè cña R, C phô thuéc vµo møc ®é qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra, tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch, ®iÖn c¶m trªn ®êng d©y, dßng ®iÖn tõ ho¸ m¸y biÕn ¸p . ViÖc tÝnh to¸n th«ng sè cña m¹ch R, C rÊt phøc t¹p, ®ßi hái nhiÒu thêi gian nªn ta sÏ sö dông ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh th«ng sè R, C b»ng ®å thÞ gi¶i tÝch, sö dông nh÷ng ®êng cong ®· cã s½n. C¸c bíc tÝnh to¸n nh sau: +X¸c ®Þnh hÖ sè qu¸ ¸p theo c«ng thøc: U imp k= b.U im
19
Víi U imp lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p ngîc ®Æt trªn diot hoÆc thyristor mét c¸ch kh«ng chu kú, tra trong sæ tay tra cøu. U im lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p ngîc thùc tÕ ®Æt trªn diot hoÆc thyristor. b lµ hÖ sè dù tr÷ an toµn vÒ ®iÖn ¸p, b = 1 ÷ 2 +X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian: C*min (k ) , R *max (k ) , R *min (k ) - b»ng c¸ch tra trong ®å thÞ trong sæ tay tra cøu di - tÝnh max khi chuyÓn m¹ch nh ë phÇn tÝnh to¸n cuén dt kh¸ng b·o hoµ. di +X¸c ®Þnh ®iÖn lîng tÝch tô Q = f( ), sö dông c¸c ®êng dt cong cho trong sæ tay tra cøu ®Ó x¸c ®Þnh. +TÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ cña R, C theo c«ng thøc: 2.Q * C = C min . U im LU im LU im ≤ R ≤ R *max 2Q 2Q trong ®ã L lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch RLC Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ b¶o vÖ van th× rÊt khã cã thÓ cã ®Çy ®ñ tÊt c¶ c¸c ®êng cong ®Æc tÝnh cÇn thiÕt nªn ngêi ta thêng chän gi¸ trÞ cña R, C theo kinh nghiÖm: R = 20 ÷ 100 ( Ω ) ; C = 0,4 ÷ 1 ( µF ) Víi dßng qua van nhá, ta chän gi¸ trÞ R lín, C nhá.Víi dßng qua van lín, ta chän gi¸ trÞ R nhá, C lín.Theo tÝnh to¸n, dßng qua van b»ng 88,7 A lµ kh«ng lín l¾m nªn ta chän gi¸ trÞ cña R, C nh sau: R = 90 Ω C = 0,5 µF ( c¸c gi¸ trÞ chuÈn) Ngoµi ra, trong m¹ch lùc còng cÇn cã thªm c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ ng¾n m¹ch, qu¸ t¶i ... nh ¸pt«m¸t, cÇu ch× ...ë mçi pha vµ cÇu ch× ë tríc mçi van ®Ó t¨ng cao tÝnh an toµn cho m¹ch. Ta cã m¹ch hoµn chØnh nh ë trªn : R *min
20
21
Ch¬ng 4 m¹ch ®iÒu khiÓn I-Nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn
Thyristor chØ më cho dßng ch¶y qua khi tho¶ m·n hai ®iÒu kiÖn : UAK > 0 IG > 0 Khi thyristor chuyÓn sang tr¹ng th¸i dÉn th× cùc ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông. Thyristor chØ trë vÒ tr¹ng th¸i kho¸ nÕu dßng ®iÖn IA < IH. ( IH : dßng ®iÖn duy tr× ) Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn : + §iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung trong ph¹m vi nöa chu kú d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn A-K cña thyristor. + T¹o ra ®îc c¸c xung ®ñ diÒu kiÖn më thyristor, ®é réng xung tx ®îc tÝnh theo biÓu thøc : tx =
IH di / dt
di/dt : tèc ®é biÕn thiªn dßng t¶i. + CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn thyristor. UAK : ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ( ®iÖn ¸p mét chiÒu ). Ut : ®iÖn ¸p tùa ( ®ång bé víi ®iÖn ¸p A-K cña thyristor ). HiÖu ®iÖn ¸p | U®k – Ut | ®a vµo kh©u so s¸nh,lµm viÖc nh mét trig¬. §Çu ra nhËn ®îc mét chuçi xung ch÷ nhËt. Kh©u t¹o xung. Kh©u khuÕch ®¹i xung. Kh©u biÕn ¸p xung. Thay ®æi U ®k cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh ®îc 22
gãc α. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. Cã hai nguyªn t¾c : 1) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh : U®k + Ut ®a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh b»ng c¸nh lµm biÕn ®æi U®k ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc thêi ®iÓm xuÊt giÖn xung tøc lµ ®iÒu chØnh ®îc gãc α. Khi U®k = 0 ta cã α = 0 Khi U®k < 0 ta cã α > 0 Quan hÖ gi÷a α vµ U®k nh sau : α =π
U dk U t max
Ta lÊy U®kmax = Utmax. α
Utùa Utmax
U®k
2) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “arccos”. Nguyªn t¾c nµy dïng hai ®iÖn ¸p : §iÖn ¸p ®éng bé Ut vît tríc ®iÖn ¸p A-K cña thyristor mét gãc b»ng π/2. ( NÕu UAK = Asinωt th× Ut = Bcosωt ). UAK cã thÓ ®iÒu khiÓn ®îc theo hai híng d¬ng vµ ©m. Ut + U®k ®îc ®a ®Õn ®Çu vµo kh©u so s¸nh . Khi Ut + U®k = 0 ta nhËn ®îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh. U®k + Bcosα = 0 ⇒ α = arccos( -U®k/B ). Thêng lÊy B = U®kmax. Khi U®k = 0 th× α = π/2. Nguyªn t¾c nµy ®îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh lu chÊt lîng cao. II) Tr×nh bµy nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn: V× m¹ch ®iÒu khiÓn ë ba kªnh ®iÒu khiÓn lµ hoµn toµn nh nhau nªn ë ®©y ta chØ tr×nh bµy nguyªn lý ho¹t ®éng cña kªnh ®iÒu khiÓn pha A : HÖ thèng ®iÒu khiÓn gåm c¸c kh©u c¬ b¶n sau: 1)Kh©u ph¸t xung cao tÇn gåm: 2)Kh©u ®ång pha bao gåm: 23
3)Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca bao gåm: 4)Kh©u so s¸nh bao gåm: 5)Kh©u biÕn ¸p xung(BAX) vµ khuÕch ®¹i xung(K§X) 6)Khèi t¹o ®iÖn ¸p ph¶n håi bao gåm: 7)Kh©u t¹o ®iÖn ¸p nguån nu«i: - T¹i ®iÖn ¸p ë vÞ trÝ U1 (220V,50hz)lµ ®iÖn ¸p phÝa s¬ cÊp cña biÕn ¸p ®ång bé pha A cã d¹ng h×nh sin,®iÖn ¸p nµy lÊy trùc tiÕp tõ líi ®iÖn.Sau khi qua bé chØnh la 2 nöa chu kú ®iÖn ¸p U2 lµ ®iÖn ¸p d¹ng nöa sãng biÖn ®é nhá. - §iÖn ¸p U2 ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U0 (®îc ph©n ¸p qua c¸c ®iÖn trë) qua OP1 t¹o thµnh ®iÖn ¸p d¹ng xung U3.§iÖn ¸p nµy ®îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn ®ãng më Tranzitor trêng. - Qua kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca,U®k ®îc so s¸nh qua kh©u OP3 t¹o ra xung U5 - C¸c ®iÖn ¸p ®ång pha U6,U7 ®îc t¹o ra b»ng c¸ch qua chØnh lu nöa chu k× vµ ®îc h¹n chÕ biªn ®é b»ng ®i èt Zener ra chØ cßn biªn ®é 4,3 V - M¸y ph¸t xung cao tÇn cã nhiÖm vô t¹o ra chuçi xung cã tÇn sè cao f=10 Khz t¹o ra ë ®Çu 8 . - Cæng AND1 ;3 ®Çu vµo trén c¸c xung U5,U7,U®k ®Ó t¹o xung U8 ®iÒu khiÓn T1; cæng AND2 ;3 ®Çu vµo trén c¸c xung U6,U7,U®k t¹o ra xung U9 ®iÒu khiÓn T2.C¸c xung U8;U9 lÖch nhau 1800 ®iÖn. - T¬ng tù c¸c kªnh ®iÒu khiÓn B,C ®îc ®ång bé tõ pha B,C t¹o c¸c xung ®iÒu khiÓn cho cÆp (T3,T4) vµ (T5,T6) - Trong m¹ch ®iÒu khiÓn ta chän toµn bé IC thuËt to¸n lµ TL084 cã c¸c th«ng sè : Vcc = ± 15V P tiªu thô = 680 MW Rin = 106 MΩ Urabh = ±15 (V) - Nh vËy 3 hÖ thèng t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau mét gãc 600 ®iÖn lÇn lît ®iÒu khiÓn më c¸c TIRISTOR T1;T2;T3;T4;T5;T6 Ta cã ®å thÞ c¸c xung ®iÒu khiÓn c¸c TIRISTOR nh h×nh vÏ sau:
α
24
25
§å thÞ xung qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn TIRISTOR U1 π
2π
θ
0
U2 U0 θ
U3
θ
Utùa α
α
α U®k
θ
U4
α
α
α
θ
U5 θ
U6 θ
U7
θ
U8
α
α θ
U9
α θ
27
LA 1.6 uH
+E 30 RA11 D A6
Is c DA5
RA3 200
U5
BA X DA7
Ic
NA1A
DZA1
It c
R A 9 Ib 1
U8
1 2k
TA1 RA 90
T A2 D A1
1 0 . 2 kR A 4 D A3
U1 220 V 50 h z
B A1
U2
+E
U2 1 22 V
Uo
Ura 1
O P1
U2 2
-E
DA4
1000 uF R A6 8 00
+
DZ A3
C2
U3
RA7 9.4 2k
Ie
T1
+E Utu a
+
OP 2 -E
U v=-E v
RA1 800
+
U4 30 RA 14
OP 3 -E
Is c
DZ A4
D A8
1k R A5
U9 NA 1B
D A9
R A 1 0Ib 1 1 2k
TA1 TA2
DZA2 RA 13 320
1. 12 Rt
BA X Ic
U6
DA10
It c
DA2 R A2 2 00
T4
+E
RA8 1k 1 0 0R A 1 5
RA12 3 20
Ie
CA
0.5 uF
III TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 1) M¸y ph¸t xung cao tÇn a) T¸c dông T¹o ra chïm xung cã tÇn sè rÊt cao(ë ®©y ta chän tÇn sè b»ng 10 Khz).Chïm xung nµy ®îc ®a vµo cæng AND ®Ó t¹o ra xung ®iÒu khiÓn më c¸c Tiristor b)S¬ ®å nguyªn lý: 4.5k
D2
R2 4.5k R1
D1
+E OP4 +
Ura
R3 10nF R4
U7 !Iz
-E C
R5 800
DZ
1k 1k
c) Nguyªn lý ho¹t ®éng: -M¹ch cã hai ®êng ph¶n håi d¬ng vµ ©m sÏ ho¹t ®éng ë chÕ ®é tù dao ®éng v× ®iÖn ¸p trªn tô C sÏ ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p Up -NÕu OPAM lµ lý tëng th× ®iÖn ¸p ra Ura= ± E (ë chÕ ®é b·o hoµ).§iÖn ¸p trªn tô C sÏ phãng qua ®êng C-R2-§2-®Êt vµ n¹p qua ®êng §1-R1-C-®Êt. -Khi ®iÖn ¸p trªn tô C b»ng víi ®iÖn ¸p U p th× m¹ch sÏ lËt tr¹ng th¸I ,Ura ®ang ë tr¹ng th¸i b·o hoµ d¬ng sÏ chuyÓn sang tr¹ng th¸i b·o hoµ ©m vµ ngîc l¹i. -NÕu R1,R2 kh¸c nhau th× thêi gian phãng vµ n¹p sÏ kh¸c nhau: Tn = R C 1 Tp = R C 2 d) TÝnh to¸n cô thÓ: Chän OPAM lµ IC IL084 cã nguån cung cÊp lµ E= ± 15 V,URabh ta chän lu«n b»ng ± 15 V ®Ó tiÖn cho tÝnh to¸n,c¸c §ièt §1,§2 lµ c¸c ®ièt c«ng suÊt nhá rÊt dÔ dµng chän. §iÖn ¸p trªn ®iÓm P ®îc tÝnh theo c«ng thøc:
UP R4 = U ra R3 + R4 ⇒UP =
R4 U ra R3 + R4
R
4 + Khi Ura=E UP+= R + R E = V1 3 4
+ Khi Ura=-E ->UP-=
R4 (− E ) = −V1 R3 + R4
Tô C sÏ n¹p tõ gi¸ trÞ ban ®Çu (-V 1) ®Õn gi¸ trÞ cuèi(+V1) vµ phãng ®iÖn tõ (+V1) ®Õn (-V1).§iÖn ¸p t¹i t= ∞ cña qu¸ tr×nh n¹p lµ E vµ t¹i t= ∞ cña qu¸ tr×nh phãng lµ -E BiÓu thøc n¹p cña tô C lµ: Vc(t)=E+(-V1-E)e -t/Tn BiÓu thøc phãng cña tô C lµ: Vc(t)=-E+(V1+E) e-t/Tp t: thêi gian phãng hoÆc n¹p Tn:h»ng sè thêi gian n¹p TP :h»ng sè thêi gian phãng Do ®ã chu k× phong n¹p lµ :T=tn+tP Khi kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p Vc(tn)=V1= E+(-V1-E)e-tn/Tn hay e-tn/Tn=
E − V1 E + V1
R4 R4 + R3 R3 = e-tn/Tn= R4 2 R4 + R3 E+E R4 + R3 t R3 − n = ln 2 R4 + R3 Tn E−E
2 R4
tn= Tn ln(1+ R ) 3 T¬ng tù nh vËy ta cã thêi gian phãng: 2R
4 tP= T p ln(1+ R ) 3 VËy chu k× phãng n¹p lµ:
2R
4 T=tn+tp=( Tn +TP) ln(1+ R ) 3 T T NÕu chän R=R1=R2 th× n = p =RC
30
Khi ®ã ta cã T=2RC ln(1+
2 R4 ) R3
Gi¶ sö chän R3=R4=1k th× ta cã T=2RCln 3=2,2RC 1
1
f= T = 2,2 RC = 10( Khz ) RC=0,45.10-4 Chän C=10(nF)(lµ lo¹i tô ho¸) th× ®iÖn trë R tÝnh nh sau: R=
0,45.10 −4 = 4,5 K 10.10 −9
Ta cã d¹ng ®å thÞ qu¸ tr×nh cña tô C vµ d¹ng xung ra nh h×nh vÏ: phãng
URa
+E +V1
uc θ
-V1 - E n¹p Nh vËy xung ra Ura lµ xung cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt cã c¶ phÇn ©m vµ phÇn d¬ng víi biªn ®é lµ ± 15V .§Ó lo¹i phÇn xung ©m vµ c¾t bít biªn ®é ta m¾c thªm mét ®iÖn trë sôt ¸p R5vµ ®ièt æn ¸p §Z ë ®Çu ra.§ièt Zener §Z lµ lo¹i 1N229B c«ng suÊt P=0,5(W) UZ=4,3(v) ,Imax=117mmA Imin=11,7 mmA. Tõ ®ã ta cã c¸ch chän ®iÖn trë R5 nh sau: URa=I.R5+UZ I.R5=URa-UZ=15-4,3=10,7(V) R5 = Ω)
10,7 I
V× 0,0117
92
Cuèi cïng ta ®îc xung ra U7 biªn ®é +4,3V tÇn sè 10 Khz nh h×nh vÏ: U7 4,3V
θ
2) Khèi khuÕh ®¹i xung(K§X) vµ biÕn ¸p xung(BAX) a) T¸c dông 31
Khèi K§Xcã t¸c dông t¨ng dßng tõ cæng AND ®i ra (dßng tõ cæng AND ®i ra thêng nhá) sau ®ã ®i qua BAX ®Ó t¹o ®îc dßng ®iÒu khiÓn Ig,¸p ®iÒu khiÓn Ug cã biªn ®é thÝch hîp ®Ó më Tiristor b) S¬ ®å nguyªn lý: +E RA11
30
DA6
Isc
Itc
DA5
BAX DA7
Ic U8
R6 1k
T1
Ib1 TA1 TA2
RA12 320
Ie
c) Nguyªn lý ho¹t ®éng: + TÝn hiÖu vµo lµ tÝn hiÖu logic UV=’1’(kho¶ng 3-5 V) th× TA1,TA2 më b·o hoµ,khi UV=’0’ (<3 V) th× TA1,TA2 kho¸. + §iÖn trë RA11 h¹n dßng Colector ,RA12 t¹o ph©n ¸p cho TA2 ®ièt §A5 chèng qu¸ ¸p trªn c¸c cùc colector -emittor cña TA1,TA2 + §A7,§A6 ng¨n chÆn xung ¸p ©m cã thÓ cã khi TA1,TA2 bÞ kho¸ Khi UV=’0’ ,iL=iC=0,UCE=E,i§A5=0; Khi t=0,U V=’1’,TA1,TA2 më.§iÖn c¶m trªn L kh«ng cho iC ®¹t E
ngay gi¸ trÞ b·o hoµ cña nã lµ I C = RA .Dßng iC chØ cã thÓ t¨ng trëng 11 E
L
−t / τ theo qui luËt hµm mò :iL=iC= RA (1 − e ) víi τ = RA 11
11
E Sau kho¶ng thêi gian 5 τ ,IC= RA .Lóc ®ã bªn thø cÊp BAX xuÊt 11
hiÖn mét xung ®iÖn ¸p ®Ó më Tiristor
32
Khi t=T1,UV=’0’ bÊy giê gi¸ trÞ cña iL lµ iL(T1)=iC(T1)= E E (1 − e −T1 / τ ) =I0< tranzitor bÞ kho¸ iC=0 RA11 RA11
NÕu kh«ng cã §A5 th× n¨ng lîng th× n¨ng lîng W=(1/2)LI20 sÏ sinh qu¸ ®iÖn ¸p trªn c¸c cùc C,E cña TA 1,TA2.Qu¸ ®iÖn ¸p nµy cã thÓ ®¹t tíi 100V ph¸ huû c¸c bãng trªn. §ièt §A5 lo¹i trõ hiÖn tîng qu¸ ¸p trªn bëi v× võa khi UCE=0,8 V th× §A5 më cho dßng ch¶y qua lµm ng¾n m¹ch trªn hai ®Çu cuén d©y vµ lµm tiªu t¸n n¨ng lîng lÝch luü trªn theo quy luËt suy gi¶m: iL=i§A5=I0.e-t/ τ ’ Víi τ ’=
L (R’=RL+R§A5) R'
d) TÝnh to¸n cô thÓ: Theo kÕt qu¶ chän van ë phÇn tÝnh to¸n m¹ch lùc ta cã dßng vµ ¸p ®iÒu khiÓn Tiristor lµ:UgK=3,5v;Ig=0,35 A.Tõ ®ã suy ra phÝa thø cÊp BAX: UTC=UgK=3,5V;ITC=Ig=0,35 A Thêng ta chän BAX cã hÖ sè k=2 tõ ®ã ta cã: IC=ISC=ITC/k=0,35/2=0,175(A) Usc=UTCk=3,5.2=7(V) Chän TA1 lµ C828 cã hÖ sè β1 =10 TA2 lµ 2N1613 cã hÖ sè β 2 =80 Nh vËy dßng IBTA1=IC/( β1 . β 2 )=0,175/(10.80)=0,22 mA Cã UBETA2=0,7(V);UBETA1=0,6(V) UBTA1= UBET2+UBET1=1,3(V) V× ¸p tõ cæng AND ra thêng cì 3-5 V do ®ã ta ph¶i chon sôt ¸p trªn RA8 kho¶ng 2,5 V URA8=2,5 V RA8=URA8/IBTA1=2,5/(0,22.10-3)=11,4.103 ≈ 12k Chän ®iÖn trë RA11: Cã E ≥ USC+IL.RA11 RA11 ≤
E − U SC 15 − 7 = = 45,7(Ω) IC 0,175
chän RA11=30( Ω ) Chän ®iÖn trë RA12: URA12=UBETA2=0,7(V) IETA1=IRA2= β1 .IBTA1=10.0,22.10-3=2,2.10-3 do ®ã RA12=
0,7 = 320(Ω) 2,2.10 −3
VËy ta cã dßng tõ cæng AND ®i ra lµ IBT1=0,22(mA) ¸p ra tõ 3-5 V do ®ã c«ng suÊt cña cæng lµ 0,22.(3-5)=(0,66-1,1) mW 33
e) ThiÕt kÕ m¸y BAX: Chän vËt liÖu lâi B· lµ ferit lµm viÖc trªn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ Bs=0,4 T,®é tõ thÈm μ =6000(A/m) Sè vßng d©y s¬ cÊp: W1=
U SC .t x Bs.S
Trong ®ã : t x ®é dµi xung truyÒn qua BAX thêng cã ®é dµi
10-600 μ s ë ®©y ta lÊy tx=350 μ s=35.10-5s
S-tiÕt diÖn lâi ferit,chän S=1cm2 Thay sè vµo ta cã sè vßng d©y cuén s¬ cÊp: WSC=
7.35.10 −5 U SC .t x = 55 (vßng) = 0,45.10 − 4 Bs.S
Sè vßng d©y cuén thø cÊp: WTC=
WSC 55 = =28 (vßng) k 2
Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ë s¬ cÊp BAX : ISCTB=ISC.
tx 35.10−5 = 175. = 23,2mm A T 20.10− 3
Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ë thø cÊp BAX : ITCTB=2.ISCTB=46,4mmA 3) Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång bé a) T¸c dông Kh©u nµy t¹o ra ®iÖn ¸p d¹ng xung ®Ó ®iÒu khiÓn bãng trêng trªn hai ®Çu tô C ®Ó khèng chÕ thêi gian phãng n¹p trªn tô C ®ång bé víi nguån xoay chiÒu.ë ®©y ta chän MOSFET cã xung ¸p ®iÒu khiÓn lµ 4-5 V do ®ã ®iÖn ¸p ra ë kh©u ®ång pha U 3 lµ 4-5 V ,®é réng xung më lµ 0,3 ms.Kh©u nµy cßn t¹o ra ®iÖn ¸p U5,U6 lµ c¸c ®iÖn ¸p ®ång bé víi nguån ®Ó ®a vµo cæng AND.Ta chän c¸c ®ièt èn ¸p DZA1;DZA2;DZA3 lµ lo¹i gièng nh DZ b) S¬ ®å nguyªn lý:
34
RA1
U5 DZA1
200
+E DA1
10.2k
U1 220 V 50 hz
RA4
U2
DA3 BA1
+E
RA6 800
+
U21 22V
Uo
U3
Ura1 OP1
U22 -E DA4 100
RA3
1k
DZA3
RA3
DA2
RA2
U6
200 DZA2
c) Nguyªn lý ho¹t ®éng Qua BA1 ®iÖn ¸p xoay chiÒu 220 V,50 hz ®îc biÕn ®æi xuèng cÊp thÊp h¬n vµ ®îc ®a qua chØnh lu hai nöa chu k× t¹o ra ®iÖn ¸p U2 cã biªn ®é nhá h¬n vµ tÇn sè =100 hz.§iÖn ¸p nµy ®îc so s¸nh víi Uo.Khi Uo
Ura1 +E -E 35
U3 4,3v
d) TÝnh to¸n cô thÓ: Do ta chän ®é réng xung tx=0,3 ms do ®ã ta cã gãc më bãng lµ: θ = ω.t X = 314.0,3.10 −3 = 0,0942(rad )
Ph¬ng tr×nh cña u2 lµ: u2=U21 2 Sin ωt T¹i vÞ trÝ U0=u2 th× ta cã: θ
U0= U21 2 Sin 2 U0
U = 2 sin 0,0471 = 0,067 21 + Chän cÊp ®iÖn ¸p ë thø cÊp BA1 lµ U 21=22 V(hay hÖ sè BA1 lµ k=10) th× ®iÖn ¸p U0=0,067.22=1,474(v) U RA5 + RA4 E E 15 = 0 = ≈ 10,2(V ) = RA4 + RA5 RA5 RA5 U 0 1,474
Ta cã RA
4 RA = 10,2 5
Chän RA5=1 K th× RA4=10,2 K + Chän RA6: URA6 =RA6.I =URa1-UZ=15-4,3=10,7(V) RA6 =
V×
10,7 I
0,0117
92
RA6=800( Ω) + TÝnh chän kh©u chØnh lu hai nöa chu k×: Chän RA3=100( Ω ) Dßng trung b×nh qua c¸c ®ièt DA3,DA4 lµ ITB§=
2 2U 21 2 2 .22 = = 0,19 (A) πRA3 3,14.100
Chän dßng I§=ITB§.k=0,19.1,5=0,3(A) Ung§= 2 2U 2 .K = 2 2.22.1,5 = 94(V ) Ta chän loai ®ièt c«ng suÊt BYD73-B cã ITBmax=1,75(A) Ungmax=100(V) + TÝnh chän c¸c ®iÖn trë RA1;RA2;DA1;DA2: C¸c ®ièt DA1;DA2 còng ®îc chän nh ®ièt DA3;DA4 36
22 − 4,3 = 2,71(V ) 3,14 2,71 RA1 = RA2 = I
Cã URA1=Utb-UZ=
V× 0,0117
1000uF C2
U3
RA7 9.42k
OP2
+E Utua
+
-E
Uv=-E
RA8 1k
c) Nguyªn t¾c ho¹t ®éng: + Khi U ®b>0 sÏ kÝch më bãng lµm ng¾n m¹ch hai ®Çu tô C2,®iÖn ¸p ra Ura=0 + Khi U®b=0 sÏ kho¸ bãng l¹i ,m¹ch trë thµnh m¹ch tÝch ph©n víi ®iÖn ¸p ra tÝnh theo c«ng thøc: U ra = U C 2 = −
1 C2
UV
∫ RA
dt
7
UV
Ura= − RA .C .t (nÕu UVlµ h»ng sè) 7 2 d) TÝnh to¸n cô thÓ:
37
U3
Utùa π +θ / 2
θ /2
V× gãc θ b»ng gãc dÉn cña xung ®ång bé rÊt bÐ do ®ã cã thÓ coi Uramax =U( θ /2+ π )=U( π ) thay vµo biÓu thøc trªn Uramax= −
UV .π RA7 C 2
NÕu chän UV= -15 V Uramax=5 V th× cã thÓ chän R,C nh sau RA7.C2=3 π Chän C2=1000 μF RA7=
3,14.3 = 9,42.10 3 (Ω) = 9,42( KΩ) 1000.10 −6
5) Kh©u so s¸nh a) T¸c dông Kh©u nµy ®Ó so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Ó t¹o gãc më α theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng b) S¬ ®å nguyªn lý +E Utua
+
RA8 800
U4
OP3 Udk
-E DZA4
c) Nguyªn t¾c ho¹t ®éng Utùa U®k
38
+E -E Khi U®k>Utùa th× Ura=-E=-15 v Khi U®k
U V .150.Π 15 150 = Π = 4,2V RA7 C 2 .180 3.Π 180
§iÖn trë RA8 còng ®îc chän lµ 800( Ω ) §ièt zenner lµ lo¹i 1N229B c«ng suÊt P=0,5(W) UZ=4,3(v) ,Imax=117mmA;Imin=11,7 mmA. 6) Khèi ph¶n håi : + S¬ ®å nhiÖt ®é trong lß lÊy tÝn hiÖu ra lµ ®iÖn ¸p Et :
+ Trong s¬ ®å trªn : R20, R18, R19 lµ ®iÖn trë Manganin. R17 lµ ®iÖn trë thay ®æi theo nhiÖt ®é ®îc lµm b»ng Cu hoÆc Ni
ë 00C cÇu ®îc tÝnh to¸n c©n b»ng, lóc nµy Et = 0. Khi nhiÖt ®é m«i trêng thay ®æi cÇu mÊt c©n b»ng. Lóc nµy gi¸ trÞ cña R 17 còng thay ®æi lµm xuÊt hiÖn trªn hai ®Çu A,B mét ®iÖn ¸p ∆U. MÆt kh¸c nhiÖt ®é thay ®æi nªn hai ®Çu nhiÖt kÕ xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p ∆Et sao cho ∆Et = ∆U. V× vËy mV kÕ vÉn chØ 0 V. 39
Ta dïng cÆp nhiÖt ®iÖn Platin – Platin R«®i (90% lµ Pt, 10% lµ Rh) ®o l©u dµi víi nhiÖt ®é lµ 1000 – 12000C. Kho¶ng 1000C th× t¨ng 0,64 mV. Ta cã ®å thÞ quan hÖ gi÷a Et = f(t0C) NhiÖt ®é nhá nhÊt lµ 10000C. Tra ®å thÞ ta ®îc Et = 6,4 mV. NhiÖt ®é cao nhÊt lµ 12000C. Tra ®å thÞ ta ®îc Et = 7,68 mV. §iÖn ¸p ®o ®îc trªn mV kÕ lµ nhá nªn ta ph¶i khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p. + Kh©u khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p ph¶n håi : R7 546k
+E Et
R6 546k
+
Udk
0P4 R8 1k
-E
R7 ) R8 R7 U dk 4,2 R = E − 1 = 0,00768 = 547 − 1 = 546 8 t
U®k= Et.(1+
Ta chän R8 = 1 KΩ R7 = 546 KΩ. Chän R6 = R7//R8 = 547 KΩ 7) Khèi nguån: a) Ta sö dông 2 lo¹i nguån lµ ± 15V do vËy ta ph¶i thiÕt kÕ t¹o m¹ch cung cÊp 2 lo¹i nguån nµy: 7815 D1
D2
C1 1000uF
BANG
C3
C5
1000uF
0.1uF
C4 1000uF
0.1uF
220 V C2 D3
D4
1000uF
7915
Nguyªn lý lµm viÖc cña khèi nguån: 40
C6
§iÖn ¸p 220V 50hz ®îc ®a qua biÕn ¸p ®Ó h¹ ®iÖn ¸p xuèng cßn U21=U22= 35 V vµ ®a qua bé chØnh lu cÇu chØnh lu thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu sau ®ã ®a qua hai bé æn ¸p UA7815 vµ UA7915 (lµ vi m¹ch æn ¸p c«ng suÊt lín,vá s¾t) t¹o ra c¸c ®iÖn ¸p ± 15 V.C¸c tô C1;C2;C3;C4; lµ c¸c tô läc ph¼ng.Hai tô läc nhiÔu lµ C5 vµ C6 IC æn ¸p lo¹i UA7815 cã c¸c th«ng sè lµ : Ungìng = 35 V Ira = 0 – 1,5 A E = 15 V IC æn ¸p lo¹i UA7915 cã c¸c th«ng sè lµ : Ungìng = -40 V Ira = 0 – 1,5 A -E = -15 V Chän c¸c ®i èt lo¹i D-1001 cã c¸c th«ng sè sau:ITB=800mmA;Umax=100V C¸c tô chän lµ tô ho¸ cã c¸c sè liÖu nh h×nh vÏ. b) TÝnh to¸n biÕn ¸p nguån nu«i. §©y lµ lo¹i BA 3 cuén d©y,mét cuén d©y s¬ cÊp vµ hai cuén d©y thø cÊp gièng hÖt nhau.V× vËy khi thiÕt kÕ ta chØ cÇn tÝnh cho cuén s¬ cÊp vµ mét cuén thø cÊp. Ta cã trÞ sè ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn s¬ cÊp vµ thø cÊp cña BA lµ: U21=U22=35 V I21=I22=0,53 A C«ng suÊt BA lµ P=70.0,53=37,1 W Theo kinh nghiÖm thùc tÕ ta tÝnh s¬ bé tiÕt diÖn lâi s¾t S=1,2 P = 1,2 37,1 = 7,31cm 2 Tra b¶ng MBA c«ng suÊt (s¸ch ®iÖn tö c«ng suÊt ) ta cã c¸c sè liÖu sau: Chän tiÕt diÖn chuÈn:s=7,28 cm2 ghÐp b»ng l¸ thÐp lo¹i θ 330 cã bÒ dµy 0,35 mm cã c¸c th«ng sè sau: a=20mm h=50 mm H=70mm c=20mm B=40 mm C=80mm 2 ThÓ tÝch thÐp tõ :V=125 cm Träng lîng thÐp tõ :G=0,99 kg H×nh d¸ng lâi s¾t tõ ®îc vÏ ë h×nh sau:
41
B
c
a
H
a/2 h
C + )TÝnh sè vßng v«n: Uv=4,44.f.B T .F T .10 - 4 Trong ®ã : f=50 hz (tµn sè l íi ®iÖn) B T =1,1 T (§é tù c¶m) F T =7,28 (tiÕt diÖn trô) U V =4,44.50.1,1.7,28.10 - 4 =0,17(V/vßng) Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp :W1=220/0,17=1294 vßng Sè vßng d©y cuén thø cÊp:W2=35/0,17 =206 vßng Dßng ®iÖn ch¶y trong cuén s¬ cÊp MBA: I 1 =P/U1=37,1/220=0,17 A Víi mËt ®é dßng ®iÖn J=2,5 A/mm 2 TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp lµ:S 1 =0,17/2,5=0,07 mm 2 Tra b¶ng th«ng sè tiªt diÖn d©y trßn ta chän d©y ký hiÖu Πθπ 0,35.Cã c¸c th«ng sè: d=0,31 mm S=0,04115 mm 2 g=0,369 g/m r 0 =0,239 Ω / m TiÕt diÖn d©y thø cÊp MBA:S 2 =I 2 /2,5=0,53/2,5=0,212 2 mm Chän d©y cã ký hiÖu Πθπ 0,56 cã c¸c th«ng sè: d=0,51 mm S=0,2043 mm 2 g=1,82 g/m r 0 =0,084 Ω / m 42
43
Related Documents
Lo Dien Tro
November 2019 5
Bang Dien Tro Chuan
July 2020 5
Bao Cao Dien Tro Cach Dien
November 2019 10
Bai 3 Th Dien Tro-tu Dien - Cuon Cam
June 2020 4
Tro
May 2020 26