Đồ án Khai thác phần mềm PSIM – Mô phỏng mạch điện tử công suất

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦUChương 1 : Tổng quan về một số ít phần mềm mô phỏng mạch điện tử 11.1. Matlab / Simulink 11.2. Phần mềm TINA ( Toolkit for Interative Netword Analysis ). 11.3. Phần mềm PSPICE ( Power Simulation Program with Intergrated Circuit Emphases ) 21.4. Phần mềm PSIM ( Power electronics simulation software ) 3Chương II : Giới thiệu về phần mềm PSIM 42.1. Giới thiệu về phần mềm PSIM 42.1.1. Khái niệm chung 42.1.2. Khởi động chương trình 52.1.3. Biểu diễn tham số những thành phần 52.2. Một số thành phần mạch lực 72.2.1. Điện trở, điện cảm và điện dung ( RLC ) 72.2.2. Các khoá chuyển mạch 72.2.3. Khối tinh chỉnh và điều khiển Gating block 82.2.4. Máy biến áp 82.2.5. Các môđun của bộ đổi khác một pha và ba pha 92.3. Một số thành phần mạch tinh chỉnh và điều khiển 92.3.1. Khối hàm truyền 92.3.2. Các khối giám sát 102.3.3. Các khối hàm khác 102.3.3. 1. Khối so sánh 102.3.3. 2. Khối hạn chế 112.3.3. 3. Khối xung hình thang và xung chữ nhật 112.3.3. 4. Khối trễ thời hạn ( time delay block ) 112.3.4. Các thành phần logic 112.3.4. 1. Cổng logic 112.3.4. 2. Khối quy đổi A / D và D / A 122.4. Các thành phần khác 122.4.1. Các dạng nguồn 122.4.1. 1. Nguồn một chiều DC 122.4.1. 2. Nguồn hình Sin 122.4.1. 3. Nguồn sóng chữ nhật 122.4.1. 4. Cảm biến điện áp / dòng điện 132.4.2. Bộ điều khiển và tinh chỉnh chuyển mạch 132.4.2. 1. Bộ tinh chỉnh và điều khiển khoá đóng cắt ( on-off switch controller ) 132.4.2. 2. Bộ điều khiển và tinh chỉnh góc mở 132.5. Các bước triển khai mô phỏng mạch điện tử hiệu suất 142.6. Ví dụ mô phỏng 142.6.1. Thiết kế mạch điện 142.6.2. Cài đặt tham số cho những thành phần của mạch lực 142.6.3. Cài đặt tham số những thành phần của mạch điều khiển và tinh chỉnh 152.6.4. Chạy mô phỏng 15Chương 3 : Tổng quan về lò điện 193.1. Giới thiệu chung về lò điện 19

3.1.1.Định nghĩa 19

3.1.2. Ưu điểm của lò điện so với những lò sử dụng nguyên vật liệu 193.1.3. Nhược điểm của lò điện 193.2. Giới thiệu về lò điện trở 203.2.1. Nguyên lý thao tác của lò điện trở 203.2.2. Yêu cầu so với vật tư làm dây nung 203.2.3. Cấu tạo lò điện trở 203.2.3. 1. Vỏ lò 203.2.3. 2. Lớp lót 203.2.3. 3. Dây nung 213.3. Phương pháp tinh chỉnh và điều khiển lò điện trở bằng mạch điều áp xoay chiều ba pha 213.3.1. Khoảng van dẫn ứng với = 0 60 233.3.2. Khoảng van dẫn ứng với = 60 90 233.3.3. Khoảng van dẫn ứng với = 90 150 24Chương 4 : Thiết kế đo lường và thống kê mạch lực và mạch điều khiển và tinh chỉnh 274.1. Thiết kế đo lường và thống kê mạch lực 274.1.1. Tính chọn van bán dẫn 274.1.2. Tính toán bảo vệ van bán dẫn 284.1.2. 1. Bảo vệ quá dòng 294.1.2. 2. Bảo vệ quá áp 294.2. Thiết kế và đo lường và thống kê mạch điều khiển và tinh chỉnh 314.2.1. Nguyên tắc điều khiển và tinh chỉnh 314.2.1. 1. Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển thẳng đứng tuyến tính 314.2.1. 2. Nguyên tắc điều khiển và tinh chỉnh thẳng đứng “ arccos ” 324.2.2. Mạch điều khiển và tinh chỉnh 334.2.2. 1. Khâu đồng pha 344.2.2. 2. Khâu tạo điện áp răng cưa 354.2.2. 3. Khâu so sánh 364.2.2. 4. Khâu tạo xung chùm 374.2.2. 5. Chọn cổng AND 394.2.2. 6. Khâu khuyếch đại và biến áp xung 404.2.2. 7. Khâu phản hồi 444.3. Sơ đồ nguyên tắc một kênh tinh chỉnh và điều khiển 454.4. Giản đồ điện áp một kênh 464.5. Sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển và tinh chỉnh lò điện trở 474.6. Giản đồ điện áp ba pha 48Chương 5 : Kết luận và yêu cầu 49Tài liệu tìm hiểu thêm 50

55 trang | Chia sẻ : maiphuongdc| Lượt xem : 9814| Lượt tải : 31

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Khai thác phần mềm PSIM – Mô phỏng mạch điện tử công suất, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

2.2.3. Khối điều khiển và tinh chỉnh Gating block Khối này chỉ được nối với cực tinh chỉnh và điều khiển của những khoá điện tử hai trạng thái kể trên và được xác lập đặc thù trực tiếp của block Gating. Mô tả một Gating block : Hình 2.8. Ký hiệu của Gating block. Frequency : tần số thao tác khi nối với những khoá điện tử. Number of points : số lần ảnh hưởng tác động trong một chu kỳ luân hồi. Switching points : Góc tác động ảnh hưởng trong một chu kỳ luân hồi. 2.2.4. Máy biến áp Có những loại như : Máy biến áp lý tưởng, máy biến áp một pha và ba pha với những kiểu đấu dây. Trên Psim những loại máy biến áp một pha sau đây được sử dụng : Một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp ( TF_1F / TF_1F_1 ) Một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_3W ) Hai cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_4W ) Một cuộn dây sơ cấp và bốn cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_5W ) Một cuộn dây sơ cấp và sáu cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_7W ) Hình 2.9. ký hiệu những loại máy biến áp một pha Trên Psim có những loại máy biến áp ba pha trụ sau : Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có những đầu dây ra của đầu và cuối cuộn dây ( TF_3F ) Máy biến áp 3 pha nối Y / Y và Y / ( TF_3YY / TF_3YD ) Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây nối Y / Y / và Y / ( TF_3YYD / TF_3YDD ) Hình 2.10. ký hiệu những loại biến áp ba pha 2.2.5. Các môđun của bộ đổi khác một pha và ba pha Các môđun bộ biến hóa một pha gồm có cầu chỉnh lưu một pha bằng điôt và tiristo được màn biểu diễn như sau : Hình 2.11. Môđun chỉnh lưu cầu một pha Các môđun của bộ đổi khác ba pha gồm có : chỉnh lưu cầu ba pha điôt BDIODE3, chỉnh lưu cầu ba pha tiristo BTHY3, chỉnh lưu tia ba pha tiristo BTHY3H : Hình 2.12. Môđun chỉnh lưu cầu ba pha 2.3. Một số thành phần mạch điều khiển và tinh chỉnh 2.3.1. Khối hàm truyền Khối hàm truyền được màn biểu diễn bằng tỷ số của hai đa thức của tử số và mẫu số như sau : G ( s ) = k Có hai dạng của khối hàm truyền trên PSIM : loại thứ nhất cho những giá trị “ không ” khởi đầu ( TFCTN ), loại thứ hai cho những tham số vào bắt đầu ( TFCTN1 ). Bao gồm những khối như : khối tỷ suất, khối tích phân, khối vi phân, khối tích phân – tỷ suất và khối lọc. Hình 2.13. Ký hiệu khối tỷ suất Hình 2.14. Ký hiệu khối tích phân Hình 2.15. Ký hiệu khối tỷ suất – tích phân 2.3.2. Các khối thống kê giám sát Bao gồm những khối như khối cộng, khối nhân và chia, khối hàm căn bậc hai, mũ, luỹ thừa, logarit, khối hàm tính giá trị hiệu dụng RMS, khối hàm trị tuyệt đối và dấu, khối hàm lượng giác và khối biến hóa Fourier nhanh FFT. Hình 2.16. Ký hiệu những khối cộng Hình 2.17. Ký hiệu những khối nhân và chia Hình 2.18. Ký hiệu những khối hàm căn, mũ, luỹ thừa và logarit 2.3.3. Các khối hàm khác 2.3.3. 1. Khối so sánh Tín hiệu ra của khối so sánh sẽ có giá trị dương khi tín hiệu vào ở cực ( + ) có giá trị lớn hơn ở cực ( – ), sẽ có tín hiệu ra bằng 0 khi tín hiệu cực ( + ) nhỏ hơn. Khi giá trị vào ở hai cực bằng nhau thì tín hiệu ra luôn giữ giá trị ở thời gian đó. Hình 2.19. Ký hiệu khối so sánh 2.3.3. 2. Khối hạn chế Tín hiệu ra của khối hạn chế sẽ bằng giá trị tín hiệu vào khi tín hiệu chưa vượt quá giá trị số lượng giới hạn, còn khi tín hiệu vào vượt quá tín hiệu số lượng giới hạn thì tín hiệu ra sẽ ở mức hạn chế cao nhất hoặc thấp nhất. Hình 2.20. Ký hiệu khối hạn chế 2.3.3. 3. Khối xung hình thang và xung chữ nhật Hai khối, khối xung hình thang ( LKUP_TZ ) và khối xung hình chữ nhật ( LKUP_SQ ). Hình 2.21. Ký hiệu xung hình thang và xung chữ nhật 2.3.3. 4. Khối trễ thời hạn ( time delay block ) Khối này sẽ tạo trễ một khoảng chừng thời hạn của dạng sóng nguồn vào, ví dụ như chúng được sử dụng vào quy mô của thành phần truyền sóng có trễ hay thành phần logic. Để diễn đạt khối trễ thời hạn chỉ cần xác lập thời hạn trễ tính theo giây ( s ). Hình 2.22. Ký hiệu khối trễ thời hạn. 2.3.4. Các thành phần logic 2.3.4. 1. Cổng logic Đó là những cổng logic : cổng AND, OR, XOR, NOT, NAND và NOR. Hình 2.23. ký hiệu những cổng logic 2.3.4. 2. Khối quy đổi A / D và D / A Đây là những khối quy đổi tương tự như / số ( analog / digital ) và ngược lại, với 2 loại ở tín hiệu số 8 bit và 10 bit. Hình 2.24. ký hiệu những khối quy đổi A / D và D / A 2.4. Các thành phần khác 2.4.1. Các dạng nguồn 2.4.1. 1. Nguồn một chiều DC Các dạng nguồn một chiều có ký hiệu ( _GND ) là loại có nối đất, ký hiệu ( V ) là dạng nguồn áp, ký hiệu ( I ) là nguồn dòng. Hình 2.25. Ký hiệu những nguồn DC 2.4.1. 2. Nguồn hình Sin Nguồn hình sin cũng gồm có hai loại nguồn dòng và áp, có ký hiệu ở hình 2.25. so với nguồn một pha và nguồn điện áp sin ba pha đối xứng nối ( Y ) được ký hiệu như hình 2.26, với pha A có ký hiệu dấu chấm trên nguồn. Hình 2.26. Ký hiệu nguồn hình sin một pha nguồn hình sin ba pha 2.4.1. 3. Nguồn sóng chữ nhật Có 2 loại nguồn sóng chữ nhật : nguồn áp ( VSQU ) và nguồn dòng ( ISQU ) có ký hiệu như ở hình 2.27. Hình 2.27. Ký hiệu nguồn sóng chữ nhật 2.4.1. 4. Cảm biến điện áp / dòng điện Các cảm ứng sẽ đo giá trị điện áp và dòng điện trong mạch động lực để sử dụng trong mạch điều khiển và tinh chỉnh. Cảm biến dòng sẽ có nội trở là 1. Hình 2.28. Ký hiệu những cảm ứng điện áp và dòng điện 2.4.2. Bộ tinh chỉnh và điều khiển chuyển mạch 2.4.2. 1. Bộ điều khiển và tinh chỉnh khoá đóng cắt ( on-off switch controller ) Bộ điều khiển và tinh chỉnh như một giao diện giữa tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển và khoá đóng cắt mạch lực : tín hiệu nguồn vào của khối là 0 hoặc 1 từ mạch tinh chỉnh và điều khiển sẽ đưa đến cực tinh chỉnh và điều khiển của khoá động lực. Hình 2.29. ký hiệu của bộ on-off switch controller. 2.4.2. 2. Bộ điều khiển và tinh chỉnh góc mở Bộ tinh chỉnh và điều khiển dùng để tinh chỉnh và điều khiển góc mở của tiristor, ký hiệu vào của bộ điều khiển và tinh chỉnh gồm có : góc, tín hiệu đồng điệu và tín hiệu được cho phép ( enable / disable signal ). Quá trình quy đổi tín hiệu đồng nhất từ 0 đến 1 sẽ cung ứng thời gian đồng nhất ở góc 0. Còn góc mở được xác lập từ tín hiệu tức thời, alpha được tính theo độ. Hình 2.30. ký hiệu của bộ alpha controller. Mô tả : Frequency : tần số tác động ảnh hưởng của bộ, Hz. Pulse width : độ rộng xung tinh chỉnh và điều khiển, độ. 2.4.3. Mạch phụ ( Subcircuit ) Các bước thao tác một mạch phụ như sau : – New subcircuit : Thiết lập một mạch phụ mới. – Load subcircuit : Tải xuống một mạch phụ đã có, mạch phụ này sẽ hiển thị trên màn hình hiển thị như một khối. – Edit subcircuit : Soạn thảo kích cỡ tên file của mạch phụ. – Set size : Cài đặt độ lớn của mạch phụ. – Place port : Đặt vị trí cổng liên kết giữa mạch chính với mạch phụ. – Display port : Hiển thị cổng liên kết của mạch phụ. – Edit default variable list : Soạn thảo list những thông số kỹ thuật mặc định trên mạch phụ. – Edit image : Soạn thảo hình ảnh của mạch phụ. – Display subcircuit name : Hiển thị tên của mạch phụ. – Show subcircuit ports : Hiển thị tên cổng của mạch phụ trong mạch chính. – Hide subcircuit ports : không cho hiển thị tên cổng của mạch phụ trong mạch chính. – Subcircuit list : Danh sách tên file của mạch chính và mạch phụ. – One page up : Quay trở lại mạch chính, khi đó mạch phụ sẽ được lưu tự động hóa. – Top page : Nhảy từ mạch phụ ( mức thấp ) lên mạch chính ( mức cao ) được cho phép sử dụng thuận tiện khi có chiều mạch phụ. 2.4.3. 1. Taọ mạch phụ trong mạch chính Các bước tạo một mạch phụ có tên file “ mach-phu.sch ” trong mạch chính có địa chỉ “ mach-chinh.sch ” như sau : – Tạo “ mach-chinh.sch ”. – Trong “ mach-chinh.sch ” chọn menu subcircuit để chọn new subcircuit. – Một khối vuông sẽ Open trên màn hình hiển thị để tạo mạch phụ. 2.4.3. 2. liên kết mạch phụ trong mạch chính Khi mạch phụ đã được thiết lập cùng với những cổng liên kết của nó đã xác lập, cần nối mạch phụ vào mạch chính theo những bước sau : – Trong mạch chính những điểm nối của khối mạch phụ sẽ Open những với những vòng tròn rỗng. – Chọn khối mạch phụ và chọn Show subcircuit ports trêb menu Subcircuit để hiển thị tên cổng được xác lập ở phần trên. – Dùng dây nối vào những điểm nối tương ứng. 2.5. Các bước thực thi mô phỏng mạch điện tử hiệu suất Để triển khai khảo sát một mạch điện tử hiệu suất, cần thực thi những bước sau : 1. Xác định quy mô những thành phần bán dẫn cần có để thiết lập mạch cần khảo sát, nhất là những van bán dẫn hiệu suất. 2. Thiết lập sơ đồ nguyên tắc của mạch cần nghiên cứu và điều tra. Thông thường gồm hai phần : sơ đồ mạch lực và sơ đồ mạch điều khiển và tinh chỉnh. 3. Chuyển đổi từ sơ đồ nguyên tắc sang chương trình mô hình hoá theo ngôn từ chuyên sử dụng của phần mềm. 4. Vào những tham số sơ đồ và số liệu khảo sát. 5. Tiến hành khảo sát, thường chia thành hai bước : a ) Chạy thử chương trình với chính sách quen thuộc mà hiệu quả đã biết trước để kiểm tra độ đúng mực của quy mô. b ) Khi quy mô đạt độ đáng tin cậy, triển khai nghiên cứu và điều tra với những chính sách cần khảo sát theo nhu yếu đặt ra. 2.6. Ví dụ mô phỏng 2.6.1. Thiết kế mạch điện Thiết kế mạch băm áp một chiều sử dụng hai khối điều khiển và tinh chỉnh cho IGBT : Gating block hoặc switch controller với tần số đóng cắt của độ băm là 5 kHz. 2.6.2. Cài đặt tham số cho những thành phần của mạch lực Để setup những tham số vào một thành phần, thứ nhất ta nháy kép chuột trái vào thành phần đó, trên màn hình hiển thị Open cửa số đối thoại để người sử dụng hoàn toàn có thể đưa tham số vào. Hình 2.31. Thiết kế mạch băm áp một chiều 2.6.3. Cài đặt tham số những thành phần của mạch điều khiển và tinh chỉnh * Mạch điều khiển và tinh chỉnh dùng Gating block : – Tên khối điều khiển và tinh chỉnh : Go – Tần số thao tác : 5000 Hz – Số lần tác động ảnh hưởng trong một chu kỳ luân hồi : 2 – Góc ảnh hưởng tác động trong một chu kỳ luân hồi : 180 Hình 2.32. Hộp thoại diễn đạt khối Gating block *. Mạch điều khiển và tinh chỉnh dùng switch controller : Tín hiệu vào của khối này là tín hiệu so sánh COMP, so sánh hai tín hiệu : nguồn một chiều VDC và nguồn xung tam giác VTR1. Hình 2.33. hộp thoại tham số những thành phần mạch tinh chỉnh và điều khiển dùng switch controller 2.6.4. Chạy mô phỏng Sau khi phong cách thiết kế mạch, diễn đạt và thiết lập những tham số cho tổng thể những thành phần trong mạch, ta thực thi mô phỏng mạch bằng cách ấn nút chuột trái lên ký hiệu khởi động mô phỏng ( Run Psim ) trên thanh công cụ của hành lang cửa số mạch phong cách thiết kế. khi đó Psim sẽ khởi động và chạy chương trình mô phỏng mạch ( Psim simulator ). Trên màn hình hiển thị sẽ Open hành lang cửa số lựa chọn những đường cong mô phỏng hiển thị ( hình 2.34 ) : hành lang cửa số bên trái là những đường cong hiển thị, hành lang cửa số bên phải là đường cong cần hiển thị. Trong đó những đường cong I ( L1 ) và V1 là cho mạch bên trái ( hình 2.31 ) còn I ( L2 ) và V2 là cho mạch hình bên phải. Hình 2.34. Cửa sổ lựa chọn hiển thị những đường cong tác dụng Hình 2.35. Đường cong hiệu quả mô phỏng I ( L1 ) V1 với f = 5000 Hz. Hình 2.35 là đường cong hiệu quả mô phỏng I ( L1 ) và V1 trong miền thời hạn. Với những tham số giống hệt nhau của mạch bên phải ( hình 2.31 ) so với mạch bên trái thì hiệu quả đường cong I ( L2 ) và V2 sẽ giống I ( L1 ) và V1. Để nghiên cứu và điều tra ảnh hưởng tác động của tần số đóng cắt mạch băm áp một chiều này ta cho tham số f biến thiên. Giả sử ta đổi khác tần số bộ nguồn sóng tam giác VTR1 là 1000 Hz, với những bước Run Psim và Run simulator, ta có đường cong của I ( L2 ) và V2. Hình 2.36. Đường cong hiệu quả mô phỏng I ( L2 ) và V2 với f = 1000 hz và L2 = 0.001 H Nhận xét : So sánh hiệu quả của hình 2.35 và 2.36 với cùng một tỷ suất trên trục y, hiển thị trong cùng một khoảng chừng thời hạn trục X, ta thấy : Ở tần số 5000 Hz thì sau khoảng chừng 2 ms, điện áp và dòng điện đầu ra gần như có giá trị một chiều phẳng không thay đổi ( V1 = 50 V ; I ( L1 ) = 10 A ). Trong khi đó với tần số 1000 Hz thì điện áp và dòng điện ra của độ băm có giá trị một chiều xê dịch với biên độ lớn với tần số 1000 Hz. Để cải tổ dạng sóng đầu ra ở tần số này ta tăng giá trị cuộn kháng san bằng. Hình 2.37 là dạng đường cong hiệu quả của I ( L2 ) và V2 khi L2 = 0.01 ở tần số 1000 hz ( những thành phần khác giữ nguyên tham số ). Hình 2.37. Đường cong hiệu quả mô phỏng I ( L2 ) và V2 với f = 1000 hz ; L2 = 0.01 H Trên đây là trình làng sơ lược về sử dụng PSIM mô phỏng Điện tử hiệu suất. Để làm rõ hơn ưu điểm của phần mềm PSIM, chúng tôi sẽ phong cách thiết kế bộ điều khiển và tinh chỉnh cho lò điện trở với thông số kỹ thuật : D = 300 500 P = 50 kW = 3 kW Nguồn 50 Hz ; 3 pha 380 V. Chương 3 Tổng quan về lò điện 3.1. Giới thiệu chung về lò điện 3.1.1. Định nghĩa Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong những quy trình công nghệ tiên tiến khác nhau như nung hay nấu luyện những vật tư, những sắt kẽm kim loại và những kim loại tổng hợp khác nhau, v.v.. – Lò điện được sử dụng thoáng rộng trong những nghành kỹ thuật : Sản xuất thép chất lượng cao Sản xuất những kim loại tổng hợp phe-rô Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện Nung những vật phẩm trước khi cán, rèn đập, kéo sợi – Trong những nghành nghề dịch vụ công nghiệp khác : Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được dùng để sấy, mạ vật phẩm và chuẩn bị sẵn sàng thực phẩm Trong những nghành nghề dịch vụ khác, lò điện được dùng để sản xuất những vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, những loại vật tư chịu lửa … Lò điện không những xuất hiện trong những ngành công nghiệp mà ngày càng được dùng thông dụng trong đời sống hoạt động và sinh hoạt hằng ngày của con người một cách phong phú và đa dạng : nhà bếp điện, nồi cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung nắn, sấy điện … 3.1.2. Ưu điểm của lò điện so với những lò sử dụng nguyên vật liệu Lò điện so với những lò sử dụng nguyên vật liệu có những ưu điểm sau : Có năng lực tạo được nhiệt độ cao Đảm bảo vận tốc nung lớn và hiệu suất cao Đảm bảo nung đều và đúng chuẩn do dễ kiểm soát và điều chỉnh chính sách điện và nhiệt độ Có năng lực cơ khí hoá và tự động hoá quy trình chất dỡ nguyên vật liệu và luân chuyển vật phẩm Đảm bảo điều kiện kèm theo lao động hợp vệ sinh, điều kiện kèm theo thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ 3.1.3. Nhược điểm của lò điện Năng lượng điện đắt Yêu cầu có trình độ cao khi sử dụng. 3.2. Giới thiệu về lò điện trở 3.2.1. Nguyên lý thao tác của lò điện trở Lò điện trở thao tác dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc một vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một nhiệt lượng theo định luật Jun-Lenxơ : Q = IRT Q – Lượng nhiệt tính bằng Jun ( J ) I – Dòng điện tính bằng Ampe ( A ) R – Điện trở tính bằng Ôm T – Thời gian tính bằng giây ( s ) Từ công thức trên ta thấy điện trở R hoàn toàn có thể đóng vai trò : Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp Dây nung : Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức tạp. Trường hợp này gọi là nung gián tiếp. Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạng đơn thuần ( chữ nhật, vuông, tròn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong trong thực tiễn công nghiệp. Cho nên nói đến lò điện trở không hề không đề cập đến vật tư để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò. 3.2.2. Yêu cầu so với vật tư làm dây nung – Có độ bền cơ khí cao, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao. – Có điện trở suất lớn. – Hệ số nhiệt điện trở nhỏ. – Dễ gia công, dễ hàn, hoặc dễ ép khuôn. 3.2.3. Cấu tạo lò điện trở Lò điện trở gồm 3 phần chính : vỏ lò, lớp lót, dây nung. 3.2.3. 1. Vỏ lò Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, hầu hết để chịu tải trọng trong quy trình thao tác của lò. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt rời và bảo vệ sự kín trọn vẹn hoặc tương đối của lò. Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chịu được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò và những cơ cấu tổ chức cơ khí gắn trên vỏ lò. Có những loại vỏ lò như vỏ lò tròn, vỏ lò chữ nhật … 3.2.3. 2. Lớp lót Gồm hai phần là vật tư chịu lửa và cách nhiệt. Phần vật tư chịu lửa hoàn toàn có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn hay gạch hình đặc biệt quan trọng tuỳ theo hình dáng và kích cỡ đã cho của buồng lò. Phần vật tư chịu lửa cần bảo vệ những nhu yếu như : Chịu được nhiệt độ thao tác cực lớn của lò, có độ bền tốt, bảo vệ năng lực gắn dây nung bền và chắc như đinh … Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật tư chịu lửa. Mục đích đa phần của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng so với đáy, phần cách nhiệt yên cầu phải có độ bền cơ học nhất định. Phần cách nhiệt hoàn toàn có thể xây bằng gạch cách nhiệt hoặc được điền đầy bằng bột cách nhiệt. 3.2.3. 3. Dây nung Theo đặc tính của vật tư làm dây nung, người ta chia dây nung làm hai loại : dây nung sắt kẽm kim loại và dây nung phi sắt kẽm kim loại. Trong công nghiệp, những lò điện trở dùng thông dụng là dây nung sắt kẽm kim loại. Hình 3.1. lò giếng Thông thường trong thực tiễn, người ta hay sử dụng bộ kiểm soát và điều chỉnh xung áp xoay chiều ba pha để điều khiển và tinh chỉnh nhiệt độ của những lò điện trở. 3.3. Phương pháp tinh chỉnh và điều khiển lò điện trở bằng mạch điều áp xoay chiều ba pha Trong trong thực tiễn ta hay nguời ta hay sử dụng bộ kiểm soát và điều chỉnh xung áp ba pha tinh chỉnh và điều khiển nhiệt độ của những lò điện trở. Nếu bộ biến hóa xung áp ba pha được ghép từ ba bộ đổi khác một pha và có dây trung tính thì dòng qua mỗi pha sẽ không phụ thuộc vào vào dòng của những pha khác. Hình 3.2. Bộ biến hóa xung áp có dây trung tính và không dây trung tính. Khi nghiên cứu và phân tích hoạt động giải trí của sơ đồ ta cần xác lập rõ xem trong những quá trình sẽ có bao nhiêu van dẫn và nhờ những quy luật sau đây ta hoàn toàn có thể có được biểu thức điện áp của từng quy trình tiến độ, từ đó mới triển khai giám sát. Dưới đây là những quy luật dẫn dòng của van trong mạch điều áp xoay chiều ba pha : Nếu mỗi pha có một van dẫn thì hàng loạt điện áp ba pha nguồn đều nối ra tải. Nếu chỉ hai pha có van dẫn thì một pha nguồn bị ngắt ra khỏi tải, do đó diện áp đưa ra tải bằng ½ điện áp 2 pha có van dẫn. Không thể có trường hợp chỉ có một pha dẫn dòng. Ta xét hoạt động giải trí của mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng sáu thyristor đấu song song ngược, tải thuần trở đấu hình sao ở trên và dựng đồ thị quan hệ giữa hiệu suất tải và góc : Công suất tải là : P = 3. R.I. Trong đó I là trị số hiệu dụng của dòng điện tải. Dòng điện này biến thiên theo quy luât dẫn dòng của van như sau : Nếu mỗi pha có một van dẫn ( hay toàn mạch có ba van dẫn ) : i = sin ( + ) ( 3.1 ) – Nếu chỉ có hai van dẫn ( hay toàn mạch có hai van dẫn ) : i = sin ( + ) ( 3.2 ) trong đó : là biên độ điện áp dây. là góc lệch sóng giữa điện áp và dòng điện ở quy trình tiến độ đang xét. Tuỳ thuộc vào góc điều khiển và tinh chỉnh mà những tiến trình có ba van dẫn hoặc hai van dẫn cũng đổi khác theo. Ta thấy có ba khoảng chừng tinh chỉnh và điều khiển chính : 3.3.1. Khoảng van dẫn ứng với = 0 60 Trong khoanh vùng phạm vi này sẽ có những quy trình tiến độ ba van và hai van dẫn xen kẽ nhau như đồ thị sau đây : Hình 3.3., đồ thị điện áp pha A của tải góc dẫn thyristor Dựa vào đồ thị ta hoàn toàn có thể xác lập được biểu thức tương quan giữa hiệu suất ra tải P và góc điều khiển và tinh chỉnh : P = 3. I.R = 3 ( 3.3 ) Trong đó là trị hiệu dụng của điện áp tải pha a. Trong trường hợp đang xét ta có : ( 3.4 ) 3.3.2. Khoảng van dẫn ứng với = 60 90 Trong khoanh vùng phạm vi này luôn chỉ có những quá trình hai van dẫn. Ta có đồ thị điện áp ra : Hình 3.4., góc dẫn van không đổi và bằng Dựa vào đồ thị ta hoàn toàn có thể xác đinh được biểu thức tương quan giữa hiệu suất ra tải P và góc điều khiển và tinh chỉnh : P = 3. I.R = 3 =. = [ ] ( 3.5 ) 3.3.3. Khoảng van dẫn ứng với = 90 150 Hình 3.5., van dẫn hai đoạn (, xen giữa là đoạn nghỉ không có van nào dẫn dài (. Trong khoanh vùng phạm vi này chỉ có những tiến trình hai van dẫn hoặc không có van nào dẫn xen kẽ nhau. Ta có đồ thị điện áp ra ( như hình vẽ ). Dựa vào đồ thị ta hoàn toàn có thể xác lập được biểu thức tương quan giữa hiệu suất ra tải P và góc tinh chỉnh và điều khiển : P = 3. I.R = 3. = = ( 3.6 ) Theo ba biểu thức ( 3.4 ), ( 3.5 ), ( 3.6 ) và cho những giá trị khác nhau, lấy P ở = 0 là 100 % ta có bảng những giá trị và đồ thị trình diễn quan hệ giữa hiệu suất ra tải P và góc tinh chỉnh và điều khiển : P % P % 0 15 30 45 60 100 99 95 86 70 75 90 105 120 135 150 50 29.3 13.6 4.3 0.5 0 Bảng 3.1. Các giá trị trình diễn quan hệ giữa hiệu suất ra tải P và góc điều khiển và tinh chỉnh Hình 3.6. Đồ thị quan hệ giữa hiệu suất ra tải P và góc điều khiển và tinh chỉnh Nhận xét : Công suất đưa ra tải là lớn nhất khi góc tinh chỉnh và điều khiển = 0 nhưng với = 30 thì hiệu suất ra tải cũng giao động khi = 0. Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ngược tải thuần trở đấu tam giác, dạng điện áp từng pha cũng như vậy. Tuy nhiên, do tải đấu tam giác nên khi mạch có ba van dẫn thì điện áp rơi trên điện trở tải là điện áp dây, khi mạch có hai van dẫn thì điện áp rơi trên điện trở tải giữa hai dây đó là điện áp dây còn điện áp rơi trên hai điên trở còn lại bằng 50% điện áp dây. Chương 4 Thiết kế đo lường và thống kê mạch lực và mạch tinh chỉnh và điều khiển 4.1. Thiết kế thống kê giám sát mạch lực 4.1.1. Tính chọn van bán dẫn Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng cho lò điện, ta sử dụng mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu tuy nhiên ngược, tải thuần trở đấu sao. Các biểu thức bộc lộ quan hệ giữa hiệu suất ra tải P và góc điều khiển và tinh chỉnh : công thức ( 3.4 ), ( 3.5 ), ( 3.6 ). Hình 4.1. Bộ đổi khác xung áp không có dây trung tính Công suất định mức của lò điện là = 40 ( kw ) Tổn hao của lò điện là 3 ( kw ) Trong trong thực tiễn, lò điện hoàn toàn có thể coi là hộ tiêu dùng điện loại một, nghĩa là nguồn cung ứng cho lò điện là không thay đổi. Tuy nhiên, để bảo vệ hiệu suất cao cũng như sự bảo đảm an toàn trong hoạt động giải trí của lò điện, ta sẽ chọn một lượng hiệu suất dự trữ cho lò điện đề phòng trường hợp điện áp nguồn vì một nguyên do nào đó bị sụt áp. Ngoài ra, trong quy trình hoạt động giải trí của mình, lò điện cũng chịu thêm 1 số ít tổn thất khác như tổn thất trên những van bán dẫn, tổn thất trên đường dây … Nhưng do không đáng kể so với tổng tổn thất vì nhiệt của lò nên ta hoàn toàn có thể bỏ lỡ nên ta chọn hiệu suất cực lớn của lò là : ( kw ). Ta có : ( 4.1 ) Ta xác lập được dây điện trở của lò có giá trị là 1,444 ( ). Từ hoạt động giải trí của mạch điều áp xoay chiều với những giản đồn điện áp ở trên ta xác lập được điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van : ( V ) ( 4.2 ) Để chọn giá trị của điện áp ngược lớn nhất trên van, ta sẽ chọn thêm thông số dự trữ điện áp k = 1,62 Ta chọn : k = 1,6. Từ đó U = k. U = 1,6. 537 = 860 ( V ) I = I = [ – cos – ( – cos 0 ) ] I = = 68,6 ( A ) ( 4.3 ) Chọn điều kiện kèm theo thao tác của van là có cánh tản nhiệt và đủ diện tích quy hoạnh tản nhiệt. Như vậy ta chọn k = 2,1 => ( A ) Ta có U và I ta chọn 6 thyristor loại SC150C80 có những thông số kỹ thuật : 800 ( V ) 150 ( A ) 2800 ( A ) 0,1 ( A ) 3 ( V ) 15 ( mA ) 200 ( V / ) 180 ( A / ) 80 ( ) Bảng 4.1. Thông số của thyristor. 4.1.2. Tính toán bảo vệ van bán dẫn Để tránh hiện tượng kỳ lạ quá dòng, quá áp trên van hoàn toàn có thể gây nên hỏng van ta phải có những giải pháp thích hợp để bảo vệ van. Biện pháp bảo vệ van thường dùng nhất là mắc mạch R, C song song van để bảo vệ quá áp và mác tiếp nối đuôi nhau cuộn kháng bão hoà để hạn chế vận tốc tăng dòng. 4.1.2. 1. Bảo vệ quá dòng Do tải của lò điện là tải thuần trở nên khi van có tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển mở thì dòng qua van sẽ tăng bất ngờ đột ngột với vận tốc tăng dòng rất lớn sẽ gây hỏng van. Vì vậy, người ta cần phải mắc vào trước van một cuộn dây để hạn chế vận tốc tăng dòng. Cuộn dây được dùng là một cuộn kháng bão hoà có đặc tính là : Khi dòng qua cuộn kháng không thay đổi thì điện cảm của cuộn kháng hầu hết bằng không và lúc này cuộn dây dẫn điện như một dây dẫn thông thường. Ta có mạch như hình vẽ : Hình 4.2. Mạch bảo vệ quá dòng của Thyristor Để giám sát giá trị của cuộn kháng ta xét quy trình quá độ trong mạch : U = i. R + L. ( 4.4 ) Ta thấy rằng, vận tốc tăng dòng lớn nhất là : max = ( 4.5 ) Để bảo vệ bảo đảm an toàn cho van ta phải chọn L sao cho max phải nhỏ hơn vận tốc tăng dòng chịu được của van, hay là : < 180 ( A / ) = = 1,728 ( 4.6 ) Ta chọn cuộn kháng bão hoà có giá trị là 1,73, loại lõi không khí vì điện cảm nhỏ. 4.1.2. 2. Bảo vệ quá áp Sau khi đo lường và thống kê bảo vệ chống vận tốc tăng dòng, ta thống kê giám sát bảo vệ quá áp cho van. Người ta chia ra hai loại nguyên do gây nên quá áp : + ) Nguyên nhân nội tại Là do sự tích tụ điện tích trong những lớp bán dẫn. khi khoá van thyristor bằng điện áp ngược, những điện tích nói trên đổi ngược lại hành trình dài, tạo ra dòng điện ngược trong thời hạn rất ngắn. Sự biến thiên nhanh gọn của dòng điện ngược gây nên sức điện động cảm ứng rất lớn trong những điện cảm, vốn luôn luôn có của đường dây nguồn dẫn đến những thyristor. Vì vậy, giữa anốt và catốt của thyristor Open quá điện áp. + ) Nguyên nhân bên ngoài Những nguyên do này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi đóng cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi có sấm sét .. Để bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích chuyển mạch gây ra nên người ta dùng mạch RC đấu song song với thyristor như sau : Hình 4.3. Mạch RC bảo vệ quá điện áp của Thyristor Thông số của R, C nhờ vào vào mức độ quá điện áp hoàn toàn có thể xảy ra, vận tốc biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây … Việc thống kê giám sát thông số kỹ thuật của mạch R, C rất phức tạp, yên cầu nhiều thời hạn. Tuy nhiên trong thực tiễn, khi đo lường và thống kê phong cách thiết kế bảo vệ van thì rất khó hoàn toàn có thể có vừa đủ tổng thể những đường cong đặc tính thiết yếu nên người ta thường chọn giá trị của R, C theo kinh nghiệm tay nghề : R = 20100 ( ) ; C = 0,41 ( ). Với dòng qua van nhỏ, ta chọn giá trị R lớn. Với dòng qua van lớn, ta chọn giá trị R nhỏ. Theo giám sát, dòng qua van bằng 68,6 ( A ) không phải là lớn nên ta chọn giá trị R, C như sau : R = 100 ; C = 0,47 Ngoài ra, trong mạch lực cũng cần có thêm những thiết bị bảo vệ ngắn mạch, quá tải … như aptomat, cầu chì … ở mỗi pha và cầu chì ở trước mỗi van để tăng cao tính bảo đảm an toàn cho mạch. Ta có mạch như sau : Hình 4.4. Mạch bảo vệ van thyristor 4.2. Thiết kế và giám sát mạch điều khiển và tinh chỉnh 4.2.1. Nguyên tắc điều khiển và tinh chỉnh Trong thực tiễn thường dùng hai nguyên tắc điều khiển và tinh chỉnh : thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng “ arccos ” để triển khai kiểm soát và điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ luân hồi dương của điện áp đặt trên thyristor. 4.2.1. 1. Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển thẳng đứng tuyến tính Theo nguyên tắc này, người tai dùng hai điện áp : Điện áp đồng nhất, ký hiệu là u, đồng điệu với điện áp đặt trên anôt – catôt của thyristor, thường đặt vào đầu hòn đảo của khâu so sánh. Điện áp tinh chỉnh và điều khiển, ký hiệu là u ( điện áp một chiều hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được biên độ ), thường đặt vào đầu Các file đính kèm theo tài liệu này :

• TH081.doc

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử