Đề tài Lò nấu kim loại - Nguyễn Đình Chanh

chính là nguồn nhiệt để nấu chảy thỏi kim loại . Tuy nhiên nhiệt năng chuyền vào thỏi kim loại còn phụ thuộc vào những yếu tố : điện trở xuất và hệ số từ thẩm mo Do năng lượng nhiệt (nhiệt năng) tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện, do đó ta có thể khắc phục vấn đề truyền nhiệt bằng cách: - Tăng cường độ dòng điện trong cuộn dây , nhưng khi dòng cường độ dòng điện tăng thì tiết diện của dây cũng tăng , do đó chỉ có thể tăng cường đọ dòng điện đến một giá trị giới hạn cho phép. - Ngoài tăng I ta còn có thể tăng giá trị điện cảm L của cuộn dây nhưng khi tăng giá trị điện cảm sẽ làm cho số vòng dây tăng lên , rất cồng kềnh về kích thước . Vì vậy củng chỉ tăng L đến một giới hạn nhất định . - Do năng lượng nhiệt tỉ lệ với .Nên khi tăng tần số lên 4 lần thì nhiệt năng chỉ tăng lên 2 lần , và thực tế người ta sử dụng phương pháp này vì nguồn cấp cho lò cảm ứng là nguồn điện có tần số cao . - Lò nấu thép đang xét có và được cấp nguồn từ nguồn điện có U = 720V và f = 50Hz để có tần số f mong muốn ta có 2 cách: Cách 1: sử dụng bộ biến tần trực tiếp tuy nhiên nó rất phức tạp ta không xét Cách 2: Để đơn giản người ta sử dụng bộ biến tần gián tiếp gồm một khâu chỉnh lưu và một khâu nghịch lưu độc lập . - Khâu chỉnh lưu được sử dụng là chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng thyristor : để chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều có điện áp thấp720V và tần số công nghiệp f = 50 Hz sang nguồn điện một chiều có công suất lớn với tần số giữ nguyên để cấp cho khâu nghịch lưu độc lập để điện áp ra của khâu nghịch lưu đạt 1100V (xoay chiều.) - Khâu nghịch lưu độc lập được sử dụng là khâu nghịch lưu độc lập cầu một pha, nó làm việc với phụ tải độc lập với mục đích biến nguồn cấp một chiều cho nghịch lưu độc lập thành nguồn điện xoay chiều có công suất và tần số tahy đổi được đến giá trị mong muốn cấp cho lò nấu thép. B.các phương pháp chỉnh lưu, nghịch lưu –ứng dụng trong lò lấu kim loại I.Chỉnh lưu. 1. Khỏi niệm: Chỉnh lưu là quỏ trỡnh biến đổi năng lượng dũng điện xoay chiều thành dũng điện một chiều. Chỉnh lưu là thiết bị điện tử cụng suất đươc sư dụng rộng rói nhất trong thực tế: như trong cụng nghiệp, y tế ..vv. 2.Phõn loại Chỉnh lưu được phõn loại theo một số cỏch sau đõy: a . Phõn loại theo số pha nguồn cấp cho mạch lực: một pha, hai pha, ba pha,vv b . Phõn loại theo loại van bỏn dẫn trong mạch van. Mạch van dựng toàn đi ụt, đươc gọi là chỉnh lưu khụng điều khiển. Mạch van dựng toàn tiristo , gọi là chỉnh lưu điều khiển . Mạch chỉnh lưu dựng cả hai loại đi ụt và tiristo, gọi là chỉnh lưu bỏn điều khiển. c. Phõn loại theo sơ đồ mắc cỏc van với nhau. Sơ đồ hỡnh tia: Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van. Tất cả cỏc van đều đấu chung một đầu nào đú với nhau hoặc catốt chung , anốt chung. Sơ đồ cầu: ở sỏ đồ này số lượng van nhiều gấp đụi số pha nguồn cấp cho mạch van. Trong đú một nửa số van mắc chong nhau anot nửa kia lại mắc chung nhau catot . Như vậy , khi gọi tờn một mạch chỉnh lưu , người ta dựng ba dấu hiệu trờn để chỉ cụ thể mạch đú. 3.Các mạch chỉnh lưu. 3.1 Chỉnh lưu dùng đi ôt 3.1.1 Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ Điện áp sau chỉnh lưu U= ∫u(Ө)dӨ = ∫UsinӨdӨ = U= 0.45U. Dòng điện sau chinh lưu: I = . H.1 + Sơ đồ nguyên lý và dạng đồ thị điện áp được trình bay trên hình: H.1 Dòng trung bình chạy qua mỗi van: I = I. Điện áp ngược trên mỗi van: Ungmax = U. - Nhược điểm của mạch chỉnh lưu này là có giá trị chỉ tiêu kỹ thuật kém nên chỉ thích hợp với tải nhỏ ( đến một vài ampe). 3.1.2 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điểm giữa. Sơ đồ nguyên lý và dạng đồ thị điện áp được trình bày trên hình:H.2. Điện áp sau chỉnh lưu : U = ∫UsinӨdӨ = U = 0,9U. Dòng điện sau chỉnh lưu: I =. H.2a H.2b Dòng trung bình qua van: I = . Điện áp ngược cực đại trên đi ot là: Ungmax = 2U. Từ đồ thị chúng ta thấy điện áp trước chỉnh lưu có dạng hình sin ,nhưng qua chỉnh lưu thì có dạng nửa hình sin .Do ở mỗi nửa chu kỳ sẽ có một đi ôt dẫn một đi ôt khoá. 3.1.3Chỉnh lưu cầu một pha . Sơ đồ nguyên lý và dạng đồ thị điện áp được trình bày trên Hình4. a) Điện áp sau chỉnh lưu: U = 0,9U. Và : I =. Dũng điện trung bình qua mỗi van: I = . Điện áp ngược trên mỗi van: U = . b) Hình4 Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng khá rộng rãi trong thực tế , nhất là với điện áp trên 10V , dòng tải có thể đến một trăm am pe. - Ưu điểm của mạch là có thể không cần biến áp. - Nhược điểm của nó là có hai điôt tham gia dẫn dòng điôt nhóm lẻ dẫn dòng ra tải , đi ôt nhóm chẵn dẫn dòng từ tải về nguồn .Như vậy sẽ có sụt áp do hai đi ôt gây ra , chính lý do này làm cho mạch không thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp dưới10V khi dòng tải lớn. - Dạng điện áp ra của tải ud trong mạch chỉnh lưu cầu một pha giống chỉnh lưu hình tia hai pha . 3.1.4.Chỉnh lưu hình tia ba pha . Hình5 Hình 6 Mạch van gồm 3 đi ôt Đ1 , Đ2 , Đ3 mắc thành một nhóm , ở đây là kiểu catôt chung. .Điện áp xoay chiều đưa vào mạch van là nguồn 3 pha đối xứng Ua,Ub,Uc. Theo sơ đồ ta thấy a nôt đi ôt Đ1 đấu với Ua , anôt đi ot2 đấu với Ub, anôt đi ôt 3 đấu với Uc.Vì thế : Điện áp sau chỉnh lưu: Trong khoảng Өđến Ө ( 30 đến 150), điện áp Ua > Ub, Uc nên đi ôt Đ1, dẫn suy ra Ud = Ua. Trong khoảng Ө đến Ө (150 đến 270), điện áp Ub> Ua, Uc nên đi ôt Đ2dẫn suy ra Ud =Ub. Trong khoảng Ө đến Ө(270 đến 390), điện áp Uc> Ua, Ub nên đi ôt Đ3 dẫn, suy ra Ud = Uc. Ua = sinӨ. Ub = sin(Ө ─ 120) Uc = sin(Ө ─ 240). Như vậy điện áp ra tải luôn lấy điện áp pha dương nhất của nguồn theo đồ thị ta có: Ud =1,17U Dòng điện tải sau chỉnh lưu: I =. Dòng điện trung bình qua mỗi van chỉ tồn tại trong 1/3 chu kỳ điện áp nguồn,vì vậy : I = I/3. Điện áp ngược trên van dễ dàng xác định với giả thiết đi ôt Đ1 dẫn ta có sơ đồ thay thế hinh7. Hình 7 Ở đây đi ôt Đ2 , Đ3 sẽ đấu vào điện áp dây của nguồn xoay chiều,do đó điện áp ngược trên van bằng điện áp dây nguồn .Vậy điện áp ngược cực đại trên van là điện áp dây cực đại. Ung max = Udây max = = =0,45U2. Chỉnh lưu hình tia ba pha có đặc điểm tương tự chỉnh lưu hình tia hai pha . Để hoạt động cần có biến áp để đưa điểm trung tính ra tải .Vì mạch dòng nguồn 3 pha nên công suất có thể tăng lên nhiều ,dòng điện tải đến vài trăm am pe. - Ưu điểm :Vỡ mạch dựng nguồn ba pha nờn cụng suất cú thể tăng lờn nhiều ,dũng điện tải đến vài trăm ampe. - Nhược điểm: Chỉnh lưu hỡnh tia ba pha cú đặc điểm tương tự chỉnh lưu hỡnh tia hai pha , để hoạt động cần cú biến ỏp đẻ đưa điểm trung tớnh ra tải. 3.1.5.Chỉnh lưu cầu ba pha . Sơ đồ: Hình8 Mạch van gồm 2 nhóm đi ot Đ1 , Đ3, Đ5, đấu theo kiểu ca tôt chung (hinh8) nên hoạt động theo quy luật dẫn l vì thế trong khoảng Ө3 đến Ө5 , khi Ua dương nhất Đ5 dẫn trong khoảng Ө5 đến Ө7 khi Uc dương nhất. Các đi ôt Đ2, Đ4, Đ4, đấu theo kiểu a nôt chung nên : Đ2 dẫn trong khoảng Ө2 đến Ө4 khi Uc âm nhất. Đ4 dẫn trong khoảng Ө4 đến Ө6 khi Ua âm nhất . Đ6 dẫn trong khoảng Ө6 đến Ө8 khi Ub âm nhất Đối chiếu theo đồ thị dẫn các van ta thấy bất kỳ ở thời điểm nào cũng có một đi ôt nhóm trên dẫn với một đi ot của nhóm dưới nên ta có: - Điện áp trung bình nhận được trên tải là: U = 2,34U2. Ungược max = 2,45U2 Dòng trung bình qua van: I = Id /3 So sánh giá trị này với trường hợp chỉnh lưu ba pha hình tia , ta thấy nó có trị số gấp 2 lần . Điều này có thể thấy theo sơ đồ ở hình 8 ,sơ đồ cầu ba pha dường như là hai sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau , nhóm đi ôt lẻ chỉnh lưu lấy điện áp dương , nhóm đi ôt chẵn chỉnh lưu lấy nốt phần điện áp âm còn lại ,vì vậy tổng ta có hai chỉnh lưu ba pha hình tia nối tiếp nhau . - Điện áp Ud của mạch chỉnh lưu có dạng gọn sóng , không phẳng , gọi là độ đập mạch .Số lần đập mạch trong một chu kỳ của nguồn xoay chiều 2π phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu. Số lần đập mạch càng cao thì dạng Ud càng phẳng tức là hệ số đập mạch kđm nhỏ hơn . 3.2 Chỉnh lưu dùng thyristo(T) 3.2.1 Khái niệm về góc điều khiển α - Góc điều khiển α là góc tính từ thời điểm thyristo được phát xung vào cực điều khiển để mở van.Thời điểm mở tự nhiên là điểm mà ở đó nếu van là đi ôt thì nó bắt đầu dẫn. 3.2.2 Chỉnh lưu điều khiển một pha một nửa chu kỳ tải thuần trở. Để so sánh chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển , hình 1.1 dựng các đồ thị U ở hai trường hợp này .Hình 1.1b là điện áp chỉnh lưu nhận được khi dựng đi ụt , hình 1.1c là chỉnh lưu có điều khiển. Trong sơ đồ này ở giai đoạn (0 đến α) mặc dù điện áp trên tiristo T đó dương , song phải đến thời điểm α thì tiristo mới nhận được tín hiệu điều khiển Itừ khâu phát xung Do đó:Trong giai đoạn (0 đến α) tiristo khoá: U=0 Trong giai đoạn (0 đến π) tiristo dẫn: U=U(Ө) Trong giai đoạn (π đến 2π) tiristo khoá: U=0. Hình 1.1 Như vậy điện áp U bây giờ không còn là toàn bộ nửa hình sin dương củađiện áp nguồn xoay chiều U, mà chỉ là một phần của nó với độ lớn tuỳ thuộc góc α. Ta có : - Điện áp sau chỉnh lưu: Uα = ∫U(Ө)dӨ = ∫UsinӨdӨ - Khi điều khiển với α = 0 cú giá trị U U =U =0,45 U Đây chính là biểu thức tương ứng chỉnh lưu không điều khiển dùng đi ốt Vì vậy có thể coi rằng chỉnh lưu đi ôt là trường hợp riêng của chỉnh lưu dùng thyristo với α = 0 . Các tham số của chỉnh lưu dùng tiristo đều lấy từ chỉnh lưu dùng đi ôt , với lý do đơn giản là khi α =0 (tương ứng chỉnh lưu không điều khiển )thì điện áp chỉnh lưu lớn nhất và mạch cũng mang tải nặng nhất. 3.2.3.Chỉnh lưu hình tia hai pha . Lưu ý trong mạch chỉnh lưu nhiều pha ,góc điều khiển α của các tiristo phải bằng nhau :α=α=α.Sự sai lệch giữu chúng được đánh giá bằng độ mất đối xứng .Mạch điều khiển có nhiệm vụ đảm bảo độ mất đối xứng không vượt quá 1 đến 2 điện .Theo đồ thị ta nhận thấy được : Điện áp sau chỉnh lưu: U =∫U(Ө)dӨ =∫UsinӨdӨ với U =o,9U. - Với tải thuần trở , dạng dòng điện i tương tự dạng điện áp U, và ta thấy dòng điện sẽ có đoạn bằng 0 (i=0) trong toàn dải điều chỉnh α. Do vậy dòng điện này được gọi là dòng điện gián đoạn. 3.2.4.Chỉnh lưu hình tia ba pha dùng tiristo. Đồ thị điện áp U và sơ đồ nguyên lí của mạch chỉnh lưu này thể hiện trên hình 1.3 bên dưói với góc α =30.Đây là góc đặc biệt . a)Nếu α ≥ 30, điện áp sẽ có đoạn bằng 0, vì vậy khi tải thuần trở ,dòng điện tải isẽ gián đoạn , tức là có những đoạn i= o, và dòng điện qua van luôn kết thúc khi điện áp pha về 0. Từ đồ thị hình 1.4a U có dạng: Hinh1.4 b).Nếu α < 30, dạng điện áp U ở hình1.4b .Ta thấy rằng điện áp uluôn lớn hơn 0. Như vậy với tải thuần trở ,dòng điện i sẽ luôn tồn tại và chảy liên tục qua tải ,vì vậy dạng dòng này gọi là dòng liên tục . Ở đây điện áp U khác đi , không theo biểu thức vừ có. Ba van sẽ thay nhau dẫn trong một chu kỳ, nên mỗi van dẫn một khoảng 2π/3, do đó : U= ∫UsinӨdӨ = Ucosα = Ucosα - Như vậy với mạch chỉnh lưu ba pha hình tia,quy luật điện áp Uphụ thuộc vào chế độ dòng: 3.2.5Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha . Thay toàn bộ đi ôt bằng tiristo ở sơ đồ cầu ba pha dùng đi ôt .Việc xác định góc điều khiển α cho từng van như các trường hợp khác, tuy nhiên cần lưu ý ràng để cấp điện cho tải cần phải đảm bảo có hai van dẫn : một của nhóm lẻ , một của nhóm chẵn. Như vậy khi phát xung mở van cho mạch hoạt động cũng phải đồng thời cho hai tiristo cùng dẫn.Trên hình1.7 H-17 thể hiện điều này ở chỗ mỗi tiristo được phát hai xung:xung đầu tiờn xác định góc α, xung thư hai đảm bảo thông mạch tải. Ở đây vẫn phải đảm bảo góc điều khiển các van phải như nhau : α= α = = α = α . Theo đồ thị u(Ө) ta thấy góc giới hạn Ө giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn bằng 60.Vậy: Nếu α ≤ 60 ta sẽ có quy luật dễ nhớ là: Uα = Ucosα = 2,34Ucosα Nếu α > 60 Thì dòng điện sẽ gián đoạn . Điện áp chỉnh lưu nhận được (xem đồ thị u với giai đoạn T T dẫn khi u = u) là : U α = ∫UsinӨdӨ hai van của hai pha thành cặp này có điểm mở tự nhiên trùng nhau ,do đó sẽ dẫn 3.3Chỉnh lưu với tải một chiều có tính điện cảm . 3.31Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ với tải R. Trong khoảng thời gian từ 0 đến π điện áp đặt trên tiristo là dương .Tuy nhiên tirristo chỉ mở tại thời điểm α khi có xung kích mở đưa vào cực điều khiển . Trong khoảng thời gian từ π đến 2π điện áp đặt trên tiristo là âm dẫn dến tiristo khóa nên điện áp trên tải =0. U= ∫UsinӨdӨ = U(1+cosα) Khi α = 0, thì U = U= 0,45U Khi α = 180thì U = 0 , vỡ vậy 0 ≤ α ≤ π 1_Chỉnh lưu một pha một nửu chu kỳ với tải R + L. Do trong mạch tải có cuộn cảm vì vậy dòng điện sẽ được tăng từ 0 đến giá trị cực đại rồi giảm về 0. Khi Tiristo dẫn : UsinӨ = L + Ri Dòng điện i(Ө) gồm hai thành phần : dòng cưỡng bức i và dòng tự do i: i= i= i Dòng cưỡng bức chịu sự tác động của nguồn u theo quy luật quen thuộc : i= sin(Ө - j) X = L.w ; j = arctg. Như vậy nếu ở trường hợp tải thuần trở , khi van luôn khóa ở thời điểm π,và góc dẫn l của van luôn là π – α , thì khi có điện cảm L,dòng điện kéo dài qua điểm π , và góc dẫn của van l= (Ө- Ө) > (π – α). Dạng điện áp ucũng khác so với trường hợp tải thần trở.Do chừng nào tiristo còn dẫn , thì vẫn có u=u, nên điện áp Ugiảm theo đến hết điểm Ө.Như vậy điện áp U có đoạn âm . vỡ có thể coi điện áp này có hai chiều ,song dòng điện chỉ có một chiều. Giá trị trung bình của dong tải Icũng có thể tính theo với trường hợp chỉ có R song vì Ilà thành phần không đổi nên nó không thể gây sụt áp trên cuộn cảm do đó vẫn có I=. 3.3.2_Chỉnh lưu hình tia hai pha với tải có L. Trong mạch chỉnh lưu này , cũng như trong các mạch chỉnh lưu nhiều pha núi chung khác , điện cảm L cũng có ảnh hưởng như chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ như ở trên . Có nghĩa là dòng điện sẽ kéo dài hơn , nói cách khác van sẽ dẫn lâu hơn so với trường hợp tải thuần trở . Tuy nhiên ở đây có điểm khác biệt , thể hiện ở hình3.1 với hai dạng đòng khác nhau , và được gọi tên riêng là chế độ dòng điện liên tục và chế độ dòng điện gián đoạn. Chế độ dòng điện gián đoạn . 2 Dạng dòng thể hiện ở trên , ở chế độ này khi van T dẫn , dòng diện i sẽ xuất hiện từ điểm α rồi tắt đi ở Ө. Sau đó một hời gian van T được dẫn ở (π + α), dòng điện lại xuất hiện từ 0 kéo dài đến Ө thì lại tắt. Như vậy dòng điện lúc có , lúc mất tức là gián đoạn. Chế độ dòng điện liên tục. Dạng dòng điện ở trên là dòng ở đồ thị cuối cùng . Ở chế độ này khi van Tdẫn dòng điện chảy qua Tsẽ kéo dài và chưa kịp tắt thì van Tđó được phát xung mở dòng điện lại chuyển qua đường Tvà tăng lên . Đến lượt mình dòng này chưa kịp tắt thì van T đó được phát xung mở trở lại ở Ө = 2π +α. Như vậy không còn gián đoạn dòng bằng 0. Trong chế độ này dạng dòng điện và điện áp khác đi .Dạng điện áp luôn bám theo điện áp pha của nguồn có van dẫn , do đó không còn giấn đoạn U=0 Dạng dòng điện là liên tục và mỗi van dẫn một khoảng l =π. Ở trạng thái này có quy luật : i(α) = i (α + π). Giá trị trung bình của dòng tải có thể tính theo biểu thức U. I == . Nhỡn chung chế độ dũng điện liờn tục là mong muốn , vỡ thế thực tế điện cảm L thường là chọn sao cho được chế độ này . - Chế độ giới hạn. Đõy là chế độ ranh giới giữa dũng liờn tục và dũng gión đoạn . Ở đõy dũng điện qua một van vừa giảm tới 0 thỡ van tiếp theo cũng đồng thời được phỏt xung mở ra , cú nghĩa là :i(Ө = π + α) = 0.Thay vào biểu thức dũng điện ta xỏc định được gúc điều khiển giới hạn này: α = j = arctg. Vậy :nếu α < α ta cú chế độ dũng liờn tục ; nếu α >α ta cú chế độ dũng giỏn đoạn; Ta cú điện cảm giới hạn: L = tgα Như vậy nếu cú L> L ta cũng đạt được chế độ dũng liờn tục với một tải và gúc điều khiển xỏc định. II . Nghịch lưu độc lập Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều có tần số mong muốn . nó bao gồm nghịch lưu áp , nghịch lưu dòng , nghịch lưu cộng hưởng 1 . Nghịch lưu áp Đặc điểm nghịch lưu áp là điện áp ra trên tải có dạng xung chữ nhật , còn hình dạng dòng điện và góc pha tải thì phụ thuộc vào thông số của tải . nguồn cung cấp cho nghịch lưu áp là nguồn áp . nếu sử dụng thiết bị chỉnh lưu để tạo điện áp nguồn một chiều cấp cho nghịch lưu áp thì ở đầu ra của thiết bị chỉnh lưu phải đấu song song một tụ điện có điện dung kháng lớn để thực hiện việc trả năng lượng về nguồn một chiều khi tải không phải la thuần trở . 1.1. Nghịch lưu áp một pha Điện áp đặt trên tải có dạng sin chữ nhật để tìm biểu thức it( t ) qua tải , có thể dùng biện pháp biến đổi laplace . Giá trị hiệu dụng của dòng tải được xác địng như sau : It = Trong đó it = . A = , k = , sin ; Như vậy : = 1.2 nghịch lưu áp 3 pha : Sơ đồ : UA = == định được giá trị hiệu dụng của dòng tải. Vì trong khoảng bằng giá trị tức thời của dòng id do nguồng cung cấp cũng chính là dòng chạy trong pha nối tiếp với hai pha kia đấu song song cho nên . Công suất tác dụng của phụ tải : P = UdId = Công suất toàn phần của phụ tải : S = 3UI = hệ số công suất của phụ tải: . 2 . Nghịch lưu dòng Có đặc điểm định hình dòng tải là xung vuông còn điện áp và pha tải do thông số tải quyết định . nguồn cung cấp cho nghịch lưu nguồn dòng là nguồn dòng . Muốn vậy , ở mạch vào của nghịch lưu nguồn dòng phải đấu một cuộn kháng có điện cảm tương đối lớn . Điện kháng này có chức năng lọc các sóng hài bậc cao và ngăn chặn sự phóng điện của tụ chuyển mạch về nguồn một chiều . Tụ chuyển mạch có thể đấu song song hoặc nối tiếp hoặc nối tiếp song song với tải . tuỳ theo cách đấu tụ chuyển mạch người ta chia nghịch lưu nguồn dòng thành 3 loại song song , nối tiếp , nối tiếp song song . 2.1 : sơ đồ nghịch lưu song song Nghịch lưu song song Xét trường hợp tải thuần trở :Z = R Giá trị của điện áp Tải (2-19) Xác định Uc0 .qua 2-19 thấy rằng khi t = 0 ta có ut(0) = - Uc0 Vậy khi t = T/2 , ta sẽ có ut(T/2) = Uc0 Do đó : Nếu đặt ta có: Uc0 = IdR (2-20) Xác định Id. (2-22) trong đó thay (2-21), (2-22) vào (2-19) ta được (2-23) như vậy điện áp tải biến thiên chu kỳ theo dạng hàm mũ và khi t =0 thì u(t) = - Uc0 .Còn khi t = T/2 thì u(t) bằng Uco Công suất bộ nghịch lưu lấy từ nguồn điện một chiều (2-37) Công suất ra của bộ nghịch lưu: (2-38) Nếu bỏ qua tổn thất trong bộ nghịch lưu ta có:Pd = P hoặc :(2-39) Trong đó ;là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào và sơ đồ nghịch lưu ,blà góc vượt trước của dòng nghịch lưu so với điện áp nghịch lưu, từ hình : ta có: (2-40) coi B = là tỉ số phụ tải và làm phép biến đỏi đơn giản đói với biểu thức (2-40) hoặc (2-41) so sánh với (2-38) ta có (2-42) Là dặc tính ngoài của bộ nghịch lưu dược trình bày trên Hình: mặt khác từ biêu thức : ta có hoặc Biết rằng: Cuối cùng ta có: (2-43) Nhận xét: Qua đặc tính ngoài thấy rằng khi giảm tảI (giảm B) thì điện áp tăng lên rất nhanh,điều đó thể hiện công suất thừado tụ điện sinh ra khi tảI nhỏ và cungx là một nhược điểm quan trộng của bộ nghịch lưu song song. Đối với nghịch đặc tính vào H. dễ nhận thấy giá trị cực tiểu khi B = 1 tức là khi Xc=Xt, sơ đồ đó làm việc ở chế độ gần cộng hưởng. Như vậy nghịch lưu song song làm việc trong một vung nhất định khi B nhỏ quá thì sinh ra nguy co quá điện áp , khi B lớn thi góc khoá ? lại quá nhỏ không đủ để khôi phục tinh chất điều khiên của các thyristor 2.2 . Nghịch lưu nối tiếp song song - Nguyên tắc làm việc :nếu coi Ui là giá trị hiệu dụng của điện áp nghịch lưu ta có thể viết giá trị trung bình của điện áp nghịch lưu như sau : (2-44) Do đó: (2-45) Đối với trường hợp tảI dung kháng ta có: Trường hợp tải cảm kháng : Biểu thức chung của góc vượt: (2-46) ĐIện áp nghịch lưu : (2-48) Thay 2-45 vao 2-48 ta có: (2-49) 2.3 . Nghịch lưu dòng 3 pha - Nguyên tắc làm việc :điện áp ngược đặt trên mỗi thyristor bằng Ucmax . Giá trị hiệu dụng của dòng cơ bản : (2-66) Nếu bỏ qua tổn thất của bộ nghịch lưu , tức la coi công suất vào bằng công suất ra : Pd = P2 hoặc UdId = 3U2I1cosb (2-67) Thế (2-66) và (2-67) sẽ nhận được : (2-68) 3 . Nghịch lưu cộng hưởng Thường được dùng trong trường hợp phụ tải có điện cảm lớn và làm việc ở tần số trung bình , từ 1kHz á hàng trục kHz . Điện cảm của tải cùng với các phần tử chuyển mạch L,C của sơ đồ tạo thành mạch vòng dao động , cộng hưởng điện áp ( cộng hưởng trong mạch nối tiếp R – L – C ) . Tần số riêng của mạch dao động phải nhỏ hơn hoặc bằng tần số làm việc của bộ nghịch lưu . Các thyristor sẽ bị khoá khi dòng chạy qua anốt của chúng bằng 0 . Tụ chuyển mạch có thể nối nối tiếp hoặc song song với tải còn điện kháng L thì bố trí trong mach anốt của các thyristor hoặc nối tiếp với tải . Điện áp trên tải và dòng tải có dạng gần sin . 3.1 Nghịch lưu cộng hưởng song song - Nguyên tắc làm việc : Để đon giản trong việc phân tích hoạt đọng của sơ đồ chúng ta giả thiết điện áp uc = ut có dạng sin,dòng chảy qua thyristo sẽ có dạng xung sin với biên độ im ,tức là : iT = Imsinw0t trong đó là tần số riêng của mạch vòng dao động Góc dẫn của thyristor : trong đó là hệ số phụ tải là hệ số tần số Giá trị trung bình của dòng điện vào bộ nghịch lưu : Công suất vào bộ nghịch lưu Pd = UdId . Công suất tải Pt = UtI(1)cosf(1) . Công suất phản kháng tụ điện C tiêu thụ :Qc = UtIc = Ut2wC Công suất phản kháng tải tiêu thụ : QL = UtIL = Ut2ytsinj công suất tác dụng tải tiêu thụ : Pt = UtItcosj = Ut2ytcosj Đặc tính ra của bộ nghịch lưu cộng hưởng song song : (2-74) Qua biểu thức (2-74) thấy rằng điện áp trên tải, cung như trên tụ chuyển mạch, điện áp đặt trên thyrirtor khonggo những phụ thuộc vào thông số mạch tải, tần số nghịch lưu, dung lượng của tụ chuyển mạch va còn phụ thuộc vào góc dẫn l. So sánh nghịch lưu dòng kiểu song song và nghịch lưu cộng hưởng . Kiểu song song thấy rtằng những biểu thức chủ yếu của hai loại nghịch lưu này gần giống nhau . Đối với nghich lưu cộng hưởng, vi \f dòng chạy qua thyristor dạng hình sin nên di/dt nhỏ hơn ,vì vậy không cần sử dụng thiết bị đặc biệt bảo vệ sự cố về di/dt , và có thể làm việc ở tần số cao hơn .ngoài ra ,nghịch lưu cộng hưởng có góc khoá lớn hơn. Tuy nhiên nó cũng chỉ thich hợp với loại pụ tải biến thiên trong phạm vi hẹp ,vì khi các thông số phụ tải biến đổi có thể thu nhỏ góc khoá thyristor. 3.2 . Nghich lưu cộng hưởng nối tiếp - Nguyên tắc làm việc như sau: khi cho xung mở T1 ,tụ C được nạp điện từ nguồn điện áp một chiều, bản cực trên mang điện tích dương, dòng điện chạy qua T1 giảm dần xuống giá trị 0. Bây giờ lại cho xung mở T2 ,tụ C phóng điện theo mạch Rt – L2 . Vì vậy dòng chạy qua tải Rt là dòng điện xoay chiều. Coi f0 là tần số riêng của bộ nghịch lưu và f là tần số làm việc của bộ nghịch lưu. Bộ nghich lưu có thể làm việc ở ba chế độ : Khi f0 > f - Chế độ khoá tự nhiên. hình: ,Trong chế đọ làm việc này dòng chảy qua thyristor mở đã giảm xuong giá trị 0 mà thyristor kia vẫn ở trạng thái khoá. Khi f0 = f - CVhế độ giới hạn ,hình: ,Trong chế độ làm việc này dòng chảy qua thyristor mở giảm xuống giá trị 0 vừa đúng lúc mở thyristor kia. Khi f0 < f - Chế độ chuyển mạch cưỡng bức, hình: ,trong chế độ này dòng chay qua thyristor mở chưa kịp giảm xuống giá trị 0 thì mở thyristor kia. Điện áp trên tải có dạng gàn như xung vuông. a ) Xét trường hợp tải thuần trở, chế độ giới hạn f0 = f: Điện áp đặt trên thyristor : Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải : Trong đó là tần số góc riêng của mạch điện . b ) Xét trường hợp tải trở kháng . điện áp đặt trên tải: điên áp dặt trên T: (2-87) . Như dã nói ở trên, Nghich lưu cộng hưởng nối tiếp thường được sử dụng để tạo ra điện áp tải có dạng gần hình Sin. Người ta thương chọn XL = XC = mấy lần giá trị của R. Tỉ số giữa cảm kháng XL hoặc dung kháng Xc và R được gọi là hệ số phẩm chất và kí hiệu bằng Q Kết luận *lò nấu kim loại đòi hỏi công suất lớn làm việc ở chế dộ dài hạn và yêu tự động hóa ở mức cao . do vậy trong công nghệ người ta sử dụng bộ phận biến tần gồm hai khâu chỉnh lưu và nghịch lưu có diều khiển Khâu chỉnh lưu dùng thyritor mac theo sơ đồ cầu 3 pha mụ đích là tăng công suất làm việc của lò. Khâu nghịch lưu cũng dùng thyritior . khâu nghịch lưu lấy nguồn từ khâu chỉnh lưu và nghịch lưu thành dòng soay chiều một pha Van sử dụng cho các thyrritor chinh lưu có các thông số:2400v-1712Avaf số hiệu N640CH24 Van sử dụng trong bộ nghịch lưu là thyristor, có thông số: 2000V – 903A và có số hiệu T930 Trong khâu nghịch lưu sử dụng nghiều thyrritor mắcsong song mục đích là tăng dòng điện sau nghịch lưu , đảm bảo an toàn cho các thyritor do lò làm việc ở công suất cao III. Cấu trúc phát xung cho các thyristor trong lò Thyristor chỉ mở cho dòng chảy qua khi có đủ hai điêu kiện: điện áp đặt vào A và K phảI dương. có tin hiệu dương đặt vào cực điêu khiển G. Sau khi thyristor đã mở thì xung điều khiên không còn tác dụng nữa, và dòng qua thyrristor do thông số của mạch lực quy định. Lợi dụng đặc điểm này người ta điều khiển thyristor bằng phương pháp pha xung. chức năng của hệ thống điều khiển: Tạo xung mở thyristor có công suất ,độ rộng và hình dạng nhất định ,phân phối xung theo tưng pha tương ứng. Và thay đổi được điều thời điểm phát xung vào cực điều khiển g của thyristor. Sơ đồ cấu trúc: III.1 . Cấu trúc phát xung mở cho thyrirtor mạch chỉnh lưu(hinh3.1) 1 . Các phần tử sử dụng: Biến áp xung:có chức năng bảo vệ hộp điều khiển, tạo ra sự cách li mạch lực với mạch điều khiển.Khi bên mạch lực có sự cố ngắn mạch biến áp xung sẽ bị cháy cuộn sơ cấp,bảo đảm