Đồ án Thiết kế nguồn hàn mạ một chiều

hay lớp mạ trơ nên bong sáng, phản quang tốt, đánh bóng thường được thực hiện trên các phớt bóng bằng da hay vải bông.Quay trộn, xóc, rung: thường áp dụng cho các vật bé, mảnh và thực hiện trong các thùng quay.Phun cát phun cát lên bề mặt kim loại sẽ làm sạch hết gỉ, chất bẩn, và tạo nhám đều cho bề mặt kim loại.Chải áp dụng cho các vật có ren, nhiều khe, rãnh, lỗ sâu. Bàn chải bằng vật liệu dây thép. 2. Mạ: Mạ có ý nghĩa quyết định đến chất lượng sản phẩm mạ. Căn cứ vào vật liệu nền, vào điều kiện làm việc sau này của vật mạ, vào yêu cầu thẩm mỹ và thời hạn phục vụ của sản phẩm mà quyết định chọn chủng loại lớp mạ. Cần mạ mấy lớp, chiều dày của mỗi lớp. Phương pháp mạ của mỗi lớp và các dung dịch mạ tương ứng. Ta có thể phân loại các lớp mạ như sau:Phân loại theo chức năng,phân loại theo màu sắc và phân loại theo cơ chế bảo vệ. 3. Hoàn thiện: Nhằm góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.Trong đó tẩy bóng làm cho sản phẩm được bóng sáng hơn.Nhuộm màu nhúng sản phẩm vào dung dịch tương ứng sẽ làm cho sản phẩm có màu sáng trắng hoặc sáng xanh và thụ động để tăng độ bền ăn mòn kim loại nền trong các lỗ thủng, lỗ xốp được thụ động nên lớp mạ được bảo vệ tốt hơn. 1.3. Ưu nhược điểm của công nghệ mạ 1.4. Ứng dụng của mạ điện Mạ điện tạo ra những sản phẩm có độ bền cao nâng cao tính thẩm mĩ phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kĩ thuật sản xuất và đời sống văn minh con người như trong y tế,công nghiệp nhẹ cũng như ứng dụng trong cuộc sống để trang trí. Trong kĩ thuật mạ làm tăng đọ chống ma sát của ổ trục,tăng độ dẫn điện bề mặt,phục hồi các chi tiết bị mài mòn,làm tăng độ cứng cũng như độ bóng của gương như đèn pha.Trong công nghiệp bán dẫn dùng lớp mạ vàng để mạ các tiếp điểm,các linh kiện điện tử.. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC 2.1.Phân tích nguồn điện một chiều Như ta đã biết nguồn điện dùng cho công nghệ mạ là nguồn điện một chiều và nguồn điện là một yếu tố rất quan trọng quyết định đến chất lượng mạ thu được.Nếu dòng điện không ổn định sẽ làm cho lớp mạ có nhiều lớp gợn sóng và nhiều khối đá tinh,rỗ làm cho lớp mạ dễ bong,giảm vẻ đẹp và độ bền ăn mòn lớp mạ.Ta có các nguồn điện một chiều thường dùng là:ắc quy,máy phát điện một chiều và bộ biến đổi. a.Ắc quy Trong công nghệ mạ ắc quy chỉ được sử dụng trong thí nghiệm hay quy mô sản nhỏ.Do hạn chế về lượng điện tích nên ắc quy chỉ dùng để mạ các chi tiết nhỏ.Khi dòng điện mạ đòi hỏi lớn thì ắc quy không thể đáp ứng được b.Máy phát điện một chiều. Máy phát điện một chiều nó có hiệu quả khi được sử dụng ở những nơi xa xô,hẻo lánh khi không có điện lưới quốc gia như dùng để hàn chạy các động cơ một chiều ở những công trình xây dựng như cầu đường,cống đập…xa lưới điện quốc gia,hay chi thi công trong một thời gian ngắn. Mà muốn chạy máy phát điện phải có động cơ sơ cấp để kéo máy phát điện.Với việc dùng các chổi than để kích từ nó phát sinh tia lửa điện cho nên máy phát điện làm việc ít tin cậy và tốn kém,việc tự động hóa khó khăn sửa chữa vận hành bảo quản cũng phức tạp. Chính vì vậy máy phát điện cũng không đáp ứng được yêu cầu của công nghệ mạ. c.Bộ biến đổi. Hiện nay hầu hết nguồn một chiều dùng cho sản xuất,sinh hoạt được tạo ra bằng cách chỉnh lưu xoay chiều bằng các linh kiện bán dẫn. Nhược điểm của nó là phức tạp chủ yếu là mạch điều khiển để mở van và khi vận hành nó phải có hiểu biết ở mức độ nào đó.Nhưng nó lại có tính ưu việt hơn hẳn so với các nguồn một chiều khác là : thiết bị gọn nhẹ,tác động nhanh,hiệu suất cao,điều chỉnh liên tục ,có thể đảo chiều,dễ tự động hóa tạo ra dòng lớn bất kỳ… So sánh ưu nhược điểm của các loại nguồn một chiều trên ta thấy việc điều chỉnh dòng xoay chiều thành dòng một chiều bằng các linh kiện bán dẫn là thích hợp nhất cho tải cần có dòng liên tục và ổn định. 2.2.Phân tích bộ biến đổi. Bộ biến đổi là phương án đáp ứng được yêu cầu của đồ án thiết kế nguồn điện có điện áp một chiều là 6v và dòng là 1450A. Tải mạ điện thuộc laoij R-C-E.Tuy nhiên điện trở trong của bể mạ nhỏ do đó hằng số thời gian nạp xả tụ rất nhỏ.Nên có thể coi ảnh hưởng của tải là không đáng kể.Sức điện động E trong bể mạ thường nhỏ nên ta cũng có thể bỏ qua,nên tải mạ chỉ còn điện trở.Bộ biến đổi có rất nhiều mạch chỉnh lưu theo yêu cầu của đề tài ta phân tích các mạch chỉnh lưu sau:Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng ,chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng, chỉnh lưu hình tia ba pha a.Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng Sơ đồ nguyên lý và dạng điện (hình bên) Nguyên lý hoạt động. Trong nửa chu kỳ đầu điện áp anod của Tiristor T1 dương lúc này điện áp catod của T1 âm,ta phát xung mở hai Tiristor T1 và T2 đồng thời thì các van này sẽ được mở thông, T1 và T2 dẫn dòng từ α1 ÷ π nhưng vì tải có tính cảm nên hai van này vẫn dẫn dòng cho đến khi cuộn dây xả hết năng lượng thì hai Tiristor này bắt đầu chuyển trạng thái từ mở sang khóa. Đến nửa chu kì sau điện áp đổi dấu anod của T3 dương,catod của T4 mang dấu âm,ta phát xung mở cả hai van này thì các van này sẽ được mở thông để đặt điện áp một chiều lên tải có chiều cùng chiều với nửa chu kỳ trước. U~ (-) T1 T4 T3 T2 Ld Rd + - (+) id Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu một pha Các thông số cơ bản: Điện áp trung bình đặt lên tải : Ud = Dòng trung bình qua tải : Id = Dòng trung bình chạy qua tiristor: IT = Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: Ungmax = U2 Công suất một chiều trên tải: Pd = Ud.Id Công suất máy biến áp: SBA=1,23Pd Nhận xét:dòng điện và điện áp ra có độ bằng phẳng cao dòng trung bình qua van nhỏ điện UA UB UC a1 a2 a3 a4 a5 0 u P 2P P/3 2P/3 t t t t t 0 0 0 0 Id IT1 IT2 IT3 id iT1 iT2 iT3 Hình 2.2: sơ đồ nguyên và dạng điện áp Ud ngược nhỏ,không dùng cho tải có công suất lớn điện áp nhỏ dưới 10V và có dòng lớn,tổn thất trên van lớn b.Chỉnh lưu hình tia ba pha Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp: Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi adod của van nào dương hơn thì van đó được kích mở.Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các Tiristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (như vậy chỉnh lưu ba pha góc mở nhỏ nhất a=o0 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 30o). Theo hình vẽ trên thì điện áp tải liên tục hơn như vậy mổi van dẫn thông trong 1/3 chu kì, nếu điện áp tải gián đọan thì thời gian dẫn thông của các van sẽ nhỏ hơn, tuy nhiên trong cả hai trường hợp thì dòng điện trung bình của các van đều bằng 1/3.Id .Điện áp của van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có van khóa với pha có van đang dẫn, ví dụ như trong khoảng a1¸a2 T1 đang dẫn T3 đang khóa cho nên T3 phải chịu áp dây UCA. Các thông số cơ bản: Điện áp trung bình đặt lên tải : Ud = Dòng trung bình qua tải : Id = Dòng trung bình chạy qua tiristor: IT = Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: Ungmax = 2,45U2 Công suất một chiều trên tải: Pd = Ud.Id Công suất máy biến áp: SBA=1,35Pd Nhận xét: sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển mở van dễ,dễ chọn van cho tải có yêu cầu điện áp thấp và dòng lớn,sụt áp trên van nhỏ công suất tiêu thụ của van nhỏ điện áp ra có độ đập mạch lớn nên xuất hiện nhiều thành phần sóng điều hòa bậc cao,hiệu suất máy biến áp không cao C.chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp Hình 2.3.1: Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Các Tiristor được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tiristor của pha kế tiếp. Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở đến khi điện áp đổi dấu. Các diod tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên nó thuận chiều. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở van bán dẫn nhỏ hơn 600, hay khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ thì điện áp của tải sẽ bị gián đoạn. Khi điện áp tải liên tục: Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800. Điện áp trung bình trên tải là tổng của hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha. Việc kích mở các van điều khiển của chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng dễ dàng hơn, nhưng các sóng điều hòa bậc cao của tải và của nguồn lớn. U U t t Uf Ud 0 0 a1 2P P a2 a3 a4 a5 3P 4P 0 0 0 0 0 0 t t t t t t i i i i i i IT1 IT3 IT5 D1 D2 D3 Hình 2.3.2: Dạng sóng ra của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng Dạng điện áp của sơ đồ(hình 2.3.2). Các thông số cơ bản Điện áp trung bình đặt lên tải : Ud ==2,34U2 Dòng trung bình qua tải : Id = Dòng trung bình chạy qua tiristor: IT Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: Ungmax = 2,45U2 Công suất một chiều trên tải: Pd = Ud.Id Công suất máy biến áp: SBA=1,35Pd Nhận xét: Trong sơ đồ này việc điều khiển các van bán dẫn được thực hiện dễ dàng. Ta có thể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu này như một chỉnh lưu tia ba pha. Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. Tuy vậy nó cũng là sơ đồ phức tạp nhất. Kết luận : Qua phân tích các phương pháp chỉnh lưu ta thấy sơ đồ nào cũng có những ưu điểm và nhược điểm.Theo yêu cầu của đồ án được giao,thiết bị chế tạo không cần đảo chiều dòng tải và có dòng điện mạ I=1600A,điện áp mạ U=24V ta chọn sơ đồ cầu ba pha không đối xứng là thích hợp với nguồn mạ. Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 3.1.Sơ đồ mạch lực. Hình 3.1.sơ đồ mạch lực Mạch lực gồm các phần tử sau: ATM áp tomat làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn cho máy biến áp có bảo vệ quá tải và ngắn mạc MBA là máy biến áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới thành điện áp phù hợp cấp cho bộ chỉnh lưu T1 ;T2 T3 D1, D2,D3 là bộ chỉnh lưu dùng để điều chỉnh điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. CKL là cuộn kháng lọc dùng để san phang điện áp. RC mắc song song với tiristor và diod để bảo vệ tốc độ tăng áp cho van do quá trình đóng cắt van. 3.2.Tính máy biến áp lực Điện áp chỉnh lưu không tải :Udo= Ud+UV+Uba+Uck Trong đó : Ud = 24 (V) là điện áp chỉnh lưu,UV là sụt áp trên van tiristor và diode, UV =UT +∆U . Với ∆U= 2,5 (V): sụt áp trên Tiristor,UD =1,1 (V) : sụt áp trên Diode Ta có UV = 2,5 +1,1 = 3,6 V Uba = 6%.Ud = 1,44 (V) là sụt áp bên trong biến áp. Uck = 4%.Ud (V)= 0,96 (V) là sụt áp trên cuộn kháng Vậy : Udo= Ud+UV+Uba+Uck = 24 + 3,6 +1,44 + 0,96= 30 (V) Công suất tác dụng của tải: Pdmax =Udo.Id = 30.1600 =48000 (w) Công suất biểu kiến máy biến áp nguồn: Sba = ks.Pdmax =1,05.48000=50400 (VA) Trong đó: ks = 1,05 là hệ số công suất (chọn theo sơ đồ mạch động lực, tra bảng 2 trang 20 TLTKĐTCS). Điện áp thứ cấp của máy biến áp: Chọn góc α = 300 từ công thức chỉnh lưu cầu ba pha Udo =2,34 U2 Suy ra: U== = 13,6 (V). Chọn U= 14 (V) Tỷ số máy biến áp: k== ≈ 27 Giá trị dòng điện chạy qua cuộn thứ cấp máy biến áp là: I2 = 0,816.Id = 0,816.1600 =1305,6 A Dòng chảy qua cuộn sơ cấp máy biến áp là I1 = = = 48 (A) Tính toán mạch từ máy biến áp: Tiết diện trụ của máy biến áp được tính theo công thức Q =K Trong đó: KQ là hệ số phụ thuộc KQ = 4÷ 6 chọn KQ = 6;m là số pha máy biến áp m=3, f là tần số của dòng điện xoay chiều, S là công suất biểu kiến máy biến áp S = S = 50400 (VA) Vậy Q = 6 110 cm2 Để đảm bảo cho kích thước của máy biến áp được phù hợp đảm bảo yêu cầu của công nghệ ta chọn chiều dài a và chiều dày b của mạch từ như sau a = 1,25b chiều cao của trụ theo tỷ lệ m = h/a = 2.5 , n = c/a = 0,5 Tiết diện của mạch từ còn được tính theo công thức Q = a.b = 110 cm2 . Vậy chọn a = 11 cm, b =10 cm Suy ra h = 2,5.a = 2,5.11 = 27,5 cm, c = 0,5.10 = 5 cm Chọn lõi thép 330 các lá thép có bề dày 0,35 (mm) Chiều rộng toàn mạch từ là C= 2c +2a =2.5+ 2.11 = 32 cm Chiều cao mạch từ là H = h + h/m = 27,5+ 27,5/2,5 = 38,5 cm Tính toán dây quấn máy biến áp Ta có số vôn/số vòng là V/vòng =4,44.B.Q.f.10-4 Trong đó B là mật đọ từ cảm B = 1T; Q là tiết diện trụ;f là tần số dòng điện xoay chiều vậy V/vòng = 4,44.1.110.50.10-4 = 2,442(V/vòng) Số vòng dây sơ cấp là W1= = 155,6 (Vòng) Số vòng dây thứ cấp là W2 = = = 12,3 (Vòng) Chọn sơ bộ mật độ dòng điện: J=2,75 (A/mm2) Tiết diện dây dẫn sơ cấp S = = = 17,5 (mm2) Chọn tiết diện dây dẫn hình chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 18 (mm2) Có các thông số sau a1 = 2 (mm) bề dày của dây dẫn kể cả cách điện ;b1 = 9 (mm) bề rộng của dây dẫn kể cả cách điện. Tiết diện dây dẫn thứ cấp:S2 = = = 475 (mm). Với S2 =475 (mm2) ta chọn dây dẫn 8 sợi chập 1. tra bảng 4 TLTKĐTCS. Chọn dây dẫn hình chữ nhật, cách điện cấp B. có kích thước sau 8 x (6mm x 10mm ) 3.3.Tính chọn van và bảo vệ Chế độ làm việc của các van rất khắc nhiệt rất nhạy cảm với nhiệt độ.Nhiệt độ của van tăng lên do công suất rổn hao trên van gây ra khi nhiệt đọ của van cao hơn nhiệt độ của môi trường xung quanh,nhiệt lượng được truyền vào môi trường,Nếu nhiết độ của van vượt quá giới hạn cho phép sẽ phá hủy van vì vậy làm mát van là một ván đề rất quan trọng.Thông thường van được gắn thêm một cánh tản nhiệt với thông số phù hợp.Các biện pháp làm mát van thường gặp là : Làm mát tự nhiên chỉ dựa vào đối lưu không khí xung quanh van hiêuh suất làm việc cuả van là 25% Làm mát bằng cưỡng bức tạo luồng không khí với tốc độ lớn qua van để đẩy nhanh qua trình truyền nhiệt của van vào không khí ,hiệu suất làm việc của van là 35% Làm mát bằng nước van được gắn trên một tấm đồng rỗng cho nước chảy qua.Đây là biện pháp làm mát hiêụ quả hiệu suất làm việc của van đạt đến giá trị 90% nhưng hệ thốn làm mát phức tạp chỉ phù hợp với yêu cầu công suất lớn và có nguồn nước tại vị trí lắp đặt thiết bị Qua phân tích trên cộng với yêu cầu của chế độ làm việc của van theo yêu cầu của đồ án ta chọn phương pháp làm mát cưỡng bức là có cánh tỏa nhiệt, có đầy đủ diện tích tỏa nhiệt. với hiệu suất làm việc của van là 35% Tính chọn van Chọn van Tiristor Ta có Iv = = = 533,3 (A). Điện áp ngược U= 2,45.U = 2,45.24 =58,8 (V). Dòng điện định mức van cần có là I = I.K.%= 533,3.1,2.= 1828(A) Điện áp định mức van cần là U=U.K =58,8 . 1,8 = 105,84(V) Vậy điều kiện để chọn van là :U = 105,84 (V) ; I = 1828 (A) Từ đó ta chọn van Tiristor loại S730C08L0 Điện áp ngược cực đại là Unv= 800 (V) Dòng điện làm việc cực đại Iđm = 2000 (A) Dòng điện đỉnh cực đại Ipik = 15000 (A) Dòng điện xung điều khiển Iđk = 200 (mA) Điện áp xung điều khiển Uđk = 3 (V) Dòng điện thử cực đại Ith = 600 (mA) Dòng điện rò Ir = 50 (mA) Sụt áp của tiristor ở trạng thái dẫn UV =2 (V) Đạo hàm điện áp du/dt =500 s Nhiệt độ làm việc cực đại Tmax = 125oC Thời gian chuyển mạch tx = 35 (ms) Chọn Diod Tra bảng 4 TLTKĐTCS Ta chọn 3 diod loại : NLA430A : Có các thông số sau: Dòng điện làm việc cực đại Imax= 2000 (A) Điện áp ngược cực đại Un = 100 (V) Dòng điện đỉnh cực đại Ipik = 10000 (A) Tổn hao điện áp ở trạng thái dẫn UV = 1,42 (V) Dòng điện thử cực đại Ith = 3100 (A) Dòng điện rò ở nhiệt độ 250C Ir = 50 (mA) Nhiệt độ làm việc cho phép T = 200 oC Tính chọn cuộn kháng lọc Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho điện áp tải cũng đập mạch theo, làm xấu đi chất lượng dòng điện một chiều. Mặt khác đây là laọi tải mạ điện, chất lượng dòng điện một chiều rất ảnh hưởng đến chất lượng của lớp mạ. Nên chúng ta cần phải hạn chế dòng điện đập mạch Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc L= (1) Với : LL : trị số điện cảm lọc đập mạch cần thiết Iđm = 1450 (A) : dòng điện lớn nhất theo yêu cầu. : tần số góc. k = 1,2,3… hệ số sóng hài . Chọn k = 1. m = 6 : số lần đập mạch trong 1 chu kỳ. Đối với Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng. Udmax = biên độ thành phần sóng hài cực đại của điện áp chỉnh lưu. Tính Udmax: Với : Udo = 10,2 (V) : điện áp chỉnh lưu cực đại. Theo bảng 1 trang 18 TLTKĐTCS ta có: Udmin= -1 = -0,755 U= = 3,25V Thay các giá trị vào (1) ta được: Trong đó :Chọn I*% = 5% giá trị hiệu dụng của dòng điện sóng hài cơ bản. Chọn theo TLTKĐTCS trang 37 Trị số điều cảm của cuộn kháng cần mắc thêm: LCKL = Ll –LBA - Ld = 0,076 -0,013 = 0,063(mH) Trong đó : LBA = 0,013 (Mh) - điện cảm của máy biến áp ;Ld = 0 :điện cảm của đầu nối. Tổng trở cuộn kháng: Thông thường dây quấn của cuộn kháng có tiết diện khá lớn nên thuần trở của cuộn kháng nhỏ. Nên ta có thể bỏ qua. ZCKL = XCKL = .LCKL = 0,1187 Trong đó : Tần số góc sau chỉnh lưu Trong đó : Chọn: Điện áp rơi trên cuộn kháng.UCKL = ZCKL .I0(1) = 80.0,1187 = 9,496V I0(1) là thành phần dòng điện xoay chiều cho phép của sóng hài bậc 1(Theo TLTKĐTCS trang 40) I~(1)<10%Iđm Công suất cuộn kháng lọc P = 9,496 . 80=759,68 (w) Tính tổn thất lớn nhất trên 1 tiristor P=2.1828= 3656 (w) Trong đó: Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C. Nhiệt cho phép của Tiristor Tcp = 1250C Chọn nhiệt độ trên cánh tỏa nhiệt là Tlv = 800C Độ chênh nhiệt so với môi trường. Diện tích bề mặt tỏa nhiệt của Tiristor. S= = = 114250 (cm2) Trong đó: Chọn: : Hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ Chọn cánh tản nhiệt cho tirirtor Vì diện tích cánh tản nhiệt khá lớn. Nên ta chọn 2 bộ cánh tản nhiệt cho mỗi Tiristor. Mỗi bộ cánh tản nhiệt có diện tích:S= S/2 = = 57125 (cm2) S1 S3 S4 S7 S5 S6 S8 S2 m n a h b c Chọn kích thước cánh tản nhiệt để đảm bả tản nhiệt cho Tiristor như sau: Chọn 16 cánh tản nhiệt a = 50 (cm) b = 53 (cm) c = 1,5(cm) h = 45 (cm) m = 1,3 (cm) n = 0,5(cm) Hình 3.2. sơ đồ cánh tản nhiệt cho Tiristor Các diện tích tiếp xúc với bề mặt không khí : S1 = a.b = 50.53 = 2650 (cm2) S2 = 2.a.h =2.50.35 = 3500(cm2) S3 = 2.b.c = 2.53.1,5 = 159(cm2) S4 = (b- (16.n + 14.m)).a = (53-(16.0,5 +14.1,3)).50 =1490 (cm2) S5 = 15.2.(h-c).a = 30.(35-1,5).50 =50250(cm2) S6 = 14.m.a = 14.50.1.3 =910(cm2) S7 = 16.2.(h-c).n =32.(35 – 1,5).0,5 = 536(cm2) Sg.=n.16 .a = 0,5.16.50 = 400(cm2) Tổng diện tích cánh tản nhiệt S= 2650+3500+159+1490 +50250 +910+536+400 = 59895(cm2) Với diện tích cánh tản nhiệt này có thể đảm bảo điều kiện tản nhiệt cho Tiristor. Tính chọn cánh tản nhiệt cho Diod Tổn hao công suất trên 1 diod PD = 1,42.1828 =2595,76(W) Chọn nhiệt độ môi trường la Tmt = 400C Nhiệt độ làm việc của diod : Tcp = 2000C Chọn nhiệt độ làm việc : Tlv = 1400C Độ chênh nhiệt so với môi trường là. Diện tích bề mặt tỏa nhiệt của diod: StnD = = = 32447(cm2) Diện tích cánh tản nhiệt củ diod nhỏ nên ta chọn 1 bộ cánh tản nhiẹt cho mỗi diod. Có các thông số kích thước sau: a = 30(cm) S1 S3 S4 S7 S5 S6 S8 S2 m n a h b c b = 35 (cm) c = 0,5(cm) h = 25(cm) m= 1 (cm) n= 0,4(cm) Chọn 14 cánh tản nhiệt Hình 3.3.Sơ đồ cánh tản nhiệt cho điot Các bề mặt tiếp xúc với không khí: S1 = a.b = 35.35 = 1225 (cm2) S2 = 2.a.h = 2.35.25 =1500(cm2) S3 = 2.b.c = 2. 35.0,5 =35(cm2) S4 = (35 –(0,5.16 + 1.14).30 =390(cm2) S5 = (25-0.5).30.30 = 22050(cm2) S7 =32.0,5.(25-0,5) =392(cm2) Sg = 0,5.30.16 =240(cm2) Tổng diện tích của bộ cánh tản nhiệt cho diod: ∑S =1050+1500+35+390+22050+392+240=25441 Với diện tích cánh tản nhiệt này có thể đảm bảo tản nhiệt cho diod Bảo vệ quá áp cho van Trong các bộ biến đổi dùng van bán dẫn cần phải có các phần tử bảo vệ sự tăng trưởng dòng và áp cho van,trong sơ đồ của ta đang xét dùng máy biến áp nên thành phần cảm kháng của máy beiens áp đã giúp ta bảo vệ ,hạn chế sự tăng trưởng dòng điện.Vì vậy ta chỉ tính toán bảo vệ quá áp Tiristor rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức mà người ra chia làm hai loại nguyên nhân gây nên quá điện áp Nguyên nhân nội tại đó là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dấn.Khi khóa tirstor bằng điện áp ngược các điện tích nói trên đổi ngược lại hành trình tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cẩm ứng rất lớn trongo các điện cảm (luôn luôn có )của đường dây từ nguồn dẫn đến các tiristor.Vì vậy giữa anod và cactot của tiristor xuất hiện quá điện áp. Nguyên nhân bên ngoài những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi cắt không tải một máy biến áp trên đường dây hoặc khi một cầu chì bảo vệ chảy hoặc khi có sấm sét.. Nói chung các nguyên nhân gây quá áp cho van gồm :quá áp từ lưới điện,quá áp do đóng ngắt các khối chức năng của bản thân bộ chỉnh lưu, do hiện tượng chuyển mạch giữa các van khi làm việc Để bảo vệ quá điện áp người ta thuồng dùng mạch RC mắc song song với tiristor Mạch RC dấu song song với tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên. Hình 3.4.sơ đồ RC Tính bảo vệ van:xác định hệ số quá áp theo công thức:K = đó Uimcp là giá trị điện áp cực đại cho phép đặt lên Tiristor một cách không chu kì;Uim là giá trị điện áp ngược cực đại thực tế đặt lên tiristor;b là hệ số dự trữ điện áp b =1,6 Thay b=1,6 ; U = 24v; U =58,8v vào công thức trên ta được giá trị của K: K == 0,255 Xác định thông số trung gian Cmin(K) Rmax ,Rmin(K) sử dụng các đường cong trong tài liệu tham khảo sách hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất tác giả Phạm Quốc Hải ta tìm được Cmin(K) =0,225;Rmax(K)=0,225; Rmin =0,48.10-3 Theo kinh nghiệm ta chọn C=0,1 F và R = 80Ω Tính chọn Aptomat Từ lưới điện đến Sơ cấp của máy biến áp ta dùng áptomát để đóng cắt, bảo vệ mạch động lực, tách khỏi lưới điện để thuận tiện , an toàn khi lắp đặt cũng như sữa chữa. Tự động bảo vệ khi có sự cố quá tải, ngắn mạch Điều kiện để chọn áptomát : Điện áp định mức của áptomát phải lớn hơn điện áp định mức của lưới. Dòng điện tính toán hiệu dụng trong mạch phải luôn nhỏ hơn hoặc bằng dòng định mức của áptomát (Itt = Iđm) Giá trị dòng điện trong mạch bảo vệ được xác định theo dòng của phụ tải định mức có xét đến khả năng quá tải trong vận hành. Dòng điện chỉnh định của cơ cấu nhả điện từ của aptomat nên chọn chỉ số nhỏ nhất để bảo vệ được tốt và tiết kiệm nhưng không cắt mạch động lực ở những trường hợp quá tải tạm thời hoặc do phụ tải đỉnh nhọn cho phép của công nghệ thông thường chọn : Icđ = 1,3. I1 (A) = 1,3.48 = 62,4(A) Như vậy ta có thể chọn loại: Iđm = 65 (A) Uđm = 230/380 (V) Tính chọn cầu chì Các van Tiristor, diod được mắc nối tiếp với các cầu chì. Dùng để bảo vệ quá tải hay ngắn mạch. Vì các van bán dẫn nhất nhạy nên ta sử dụng cầu chì tác động nhanh. Điều kiện để chọn cầu chì : Điện áp của cầu chì phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của mạch Ucc = Umạch Chọn cầu chì sao cho đương lượng nhiệt gây chảy cầu chì phải nhỏ hơn đương lượng nhiệt cho phép của van. Phải đảm bảo khi có sự cố ngắn mạch thì cầu chì phải chảy trước khi van bị chọc thủng. Chọn cầu chì bằng bạc lá. Đặt trong võ sứ có chứa thạch anh hay nước cất. Có điện áp Uđm = 220 (V). Dòng điện địng mức của cầu chì: Iđm = 1,1.Ilv (A) = 1,1.1828 = 2010,8(A) Chọn cầu chì loạicó:Iđm = 2100(A) ; Uđm = 600(V) Chương4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH Mục đích chung của việc tính chọn mạch điều khiển nhằm tạo ra một sự điều khiển các tiristor cho phù hợp với yêu cầu của công nghệ.Cần phải điều khiển các tiristor hoạt động đúng thời điểm được coi là tối ưu nhất. 4.1.Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển Đảm bảo phát xung với đầy đủ các yêu cầu cơ để mở van:đủ độ rộng xung tx ,đủ biên độ xung Ux ,Sường xung ngắn ts = 0,5 ÷ 1 s ,phải đảm bảo tính đối xứng của các kênh,đảm bảo cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển.Ví dụ MBA xung thường được sủ dụng như một khâu truyền xung cuối cùng ở tầng khuếch đại xung.Đảm bảo đúng quy luật về pha điều khiển đây là yêu cầy đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc α,có thể hạn chế phạm vi góc điều khiển kh khoong có sự thay đổi của điện áp lưới ,có khả năng bảo vệ quá áp,quá dòng và báo hiệu khi có sự cố. 4.2.Chức năng của hệ thống điều khiển Điều chỉnh vị trí xung điều khiener trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặ trên anot catot của tirisstor Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở được tiristor ,(xung điều khiển thường có biên độ từ 210 V ,độ rộng xung tx =20 100 s đối với thiết bị chỉnh lưu tx 10sđối với thiết bị tần số cao ) Độ rộng xung được xác định theo biểu thức tx = Trong đó Idt là dòng duy trì; là tốc độ tăng trưởng của dòng tải 4.3.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển Đồng Pha U So sánh Tạo dạng xung Khuếch đại xung U Phát xung Hình 4.1.Cấu trúc mạch điều khiển Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực chỉnh lưu được đưa đến mạch đồng pha. Đầu ra của mạch đồng pha có các điện áp thường là dạng hình sin, cùng tần số và có thể lệch pha một góc xác định so với điện áp nguồn, gọi là điện áp đồng pha. Các điện áp đồng pha được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa. Đầu ra của điện áp răng cưa được đưa vào đầu vào của khâu so sánh. Tại đó còn có một tín hiệu khác là điện áp phản hồi tương đương với nhiệt độ của lò. Tín hiệu đầu ra khối so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ U. Xung răng cưa có hai sườn trong đó có một sườn tại đó |U|=|U| thì đầu ra khối xuất hiện một xung điện áp, sườn đó là sườn sử dụng. Vậy có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi U khi giữ nguyên dạng của U. Nhưng trong đa số các trường hợp tín hiệu ra từ khối so sánh chưa đủ yêu cầu cần thiết, người ta cần thực hiện việc khuếch đại, sửa xun