Đồ án Thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn cho lò nấu thép

hải ra thép ngay. Khi ra nồi để lặng nước thép 1 phút rồi rót vào khuôn, chú ý gạt xỉ trên bề mặt, rồi rót thép phải được nung đỏ 700 đến 8000C. Lò cảm ứng là thiết bị biến tần tải tĩnh, biến đổi năng lượng điện xoay chiều tần số công nghiệp thành năng lượng điện một pha xoay chiều có tần số cao, thiết bị này thích hợp để nấu luyện kim loại đen và kim loại mầu, nhiệt độ nấu cao có thể đạt đến 16000C. Tần số điện năng do thiết bị cấp ra có thể tự động bám sát theo tải để điều chỉnh tần số sang, vì vậy hệ số công suất tương đối cao, toàn bộ thiết bị ít phần chuyển động nên có tuổi thọ cao, hiệu suất nấu luyện cao, thao tác thuận tiện và đơn giản. IV. Kết luận: Qua việc phân tích nguyên lý làm việc, sự truyền nhiệt, ưu điểm và nhược điểm của từng loại lò điện trong suốt quá trình nấu luyện, kết hợp với số liệu của đề tài, em chọn đề tài lò tần số vì nó có nhiều ưu điểm nổi trội hơn cả. Theo tần số làm việc: + Lò cảm ứng tần số công nghiệp lấy điện từ lưới hoặc qua máy biến áp. + Lò trung tần với tần số làm việc nhỏ hơn 10.000 HZ, dùng Tiristor. + Lò cao tần với tần số làm việc lớn hơn 10.000 HZ Theo phạm vi sử dụng: + Lò nấu chảy kim loại và hợp kim. + Lò nung phôi cho rèn, dập, cán + Lò tôi bề mặt + Lò nung sấy chất điện môi và bán dẫn. Tính chất tải của các lò nấu thép có tính chất biến động rất lớn: + Tải có tính chất điện cảm ( đoạn 0 á 1 ; hình 1 – 5 ) + Tải có sự biến động nhiều ( đoạn 1 á 2; hình 1 – 5 ) + Tải có tính chất ngắn mạch ( khi thép bị chảy hoàn toàn ) Theo số liệu của đồ án tần số ra f = 12000 HZ. Do vậy em chọn lò nấu thép theo phương pháp cảm ứng trung tần để làm tải cho bộ nguồn nghịch lưu ( bộ biến tần ) Chương II Phân tích, lựa chọn và thiết kế mạch nghịch lưu I. Sơ đồ khối bộ biến tần cấp cho lò nấu thép: Trong lĩnh vực biến đổi năng lượng điện rất nhiều trường hợp phải thực hiện quá trình biến đổi nguồn điện một chiều thành điện áp thành dòng điện xoay chiều có thể điều chỉnh được giá trị và tần số của dòng hoặc áp xoay chiều đầu ra, có một số thiết bị biến đổi thực hiện nhiệm vụ này, nhưng phổ biến nhất là các bộ biến đổi một chiều – xoay chiều sử dụng các dụng cụ bán dẫn có điều khiển còn gọi là sơ đồ nghịch lưu. Sơ đồ khối như hình 2 – 1 . Hình 2-1 * Khâu I: Là bộ chỉnh lưu nó làm nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều lưới điện có tần số cố định f1 và điện áp không đổi U1 thành điện áp 1 chiều Ud. * Khâu II: Là khâu lọc, nó có tác dụng tạo ra nguồn cung cấp cho bộ biến đổi 1 chiều ( bộ nghịch lưu ) có tính chất nguồn áp Ud = const hoặc có tính chất nguồn dòng Id = const. * Khâu III: Là bộ biến đổi 1 chỉều – xoay chiều, đầu ra của nó ta thu được điện áp hoặc dòng điện xoay chiều có giá trị và tần số điều chỉnh được. Các sơ đồ bộ biến đổi 1 chiều – xoay chiều có thể sử dụng các dụng cụ bán dẫn là Tiristo hoặc Transitor. Đề tài của em là thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn lò nấu thép. Đây là một ứng dụng khá quan trọng của bộ biến đổi 1 chiều – xoay chiều, có rất nhiều kiểu sơ đồ nghịch lưu khác nhau, để phân loại chúng. Dựa vào tính chất nguồn cung cấp, số pha của các đại lượng ra, đặc trưng của thiết bị chuyển mạch, đặc tính của phụ tải, kiểu sơ đồ, dụng cụ bộ biến đổi, sự kết hợp của một số đặc trưng trên v..v. ở đây với đề tài thiết kế nghịch lưu cho lò nấu thép, em dựa vào đặc tính của nguồn cung cấp và đặc tính phụ tải. Nguồn cung cấp cho nghịch lưu là nguồn một chiều lý tưởng được nắn từ nguồn lưới xoay chiều U1,f1 qua bộ chỉnh lưu sau đó qua bộ lọc để có nguồn 1 chiều lý tưởng. Tải của lò nấu thép là tải có sự biến động mạnh từ lúc tải có tính chất điện cảm lúc bắt đầu nấu ở giai đoạn 1 cho đến khi thép chảy tải dần mang tính trở và cuối cùng chảy hoàn toàn thành một thể lỏng tải lúc này là tải ngắn mạch. Như vậy với đặc tính nguồn cung cấp cho nghịch lưu, em sử dụng bộ nghịch lưu độc lập và tính chất biến động rất lớn của tải : + Tải có tính chất điện cảm + Tải có sự biến động mạnh + Tải có tính chất ngắn mạch Em sử dụng nghịch lưu độc lập nguồn dòng cầu 1 pha để thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn lò nấu thép. II. Chọn phương án nghịch lưu : 1. Nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện một pha a) Tải có tính chất dung kháng: Ld Id + A T1 T3 + Ut - Ed a b Uv T2 (-) (+) T4 - K Nguồn cung cấp là nguồn điện một chiều E + Ld, nguồn dòng điện 1 chiều lý tưởng với giá trị Id. Tải Zt : có tính chất dung kháng : Ut chậm sau so với It một góc jt. Bộ biến đổi T1 á T4 có thể là van điều khiển hoàn toàn hoặc là van điều khiển không hoàn toàn. * Nguyên lý làm việc của mạch : Các tín hiệu điều khiển được đưa vào đôi T2, T3 một góc 1800, tức là phát xung điều khiển theo quy luật đóng mở các van sao cho biến đổi được dòng điện một chiều Id thành dòng điện xoay chiều hình sin trên tải đó là it và tần số hoàn toàn do mạch điều khiển quyết định, không phụ thuộc vào điện áp của lưới, và sau 1/ 2 chu kỳ lại có sự thay đổi cặp phát xung. Để xét sự chuyển mạch giữa các van ở thời điểm p: V1 đV3 và V4 đ V2 ta xét trước p một khoảng khắc: Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T4 thì T1 và T4 thông dòng điện tải khép mạch như sau: + Ed đ Ld đ T1 đ Zt đ T4 đ - Ed. Lúc này : it = Id > 0 thế ( + ) đặt vào a Ut = U > 0 thế ( - ) đặt vào b Như vậy Ut thông qua T1 đặt thuận trực tiếp lên van T2 và Ut thông qua T4 đặt thuận trực tiếp lên van T3 ị UT2 = UT3 = Ut > 0 Đến thời điểm p phát xung điều khiển vào gate của T2 và T3, hai van này được mồi thông, khi đó điện áp trên tải Ut thông qua T3 đặt ngược trực tiếp lên T1 và thông qua T2 đặt ngược trực tiếp lên T4: UT1 = Ut < 0 ị V1 và V4 khoá lại UT4 = Ut < 0 Thực hiện được chuyển mạch dòng điện từ : T1 đ T3 T4 đ T2 ị Đây là quá trình chuyển mạch giữa các nhóm van. Tương tự cho chuyển mạch giữa các nhóm van Tại 2p : T3 đ T4 T2 đ T4 Tại 3p : T1 đ T3 T4 đ T2 Các quá trình lập đi lập lại như vậy cho ta dòng điện tải hình chữ nhật như đồ thị : Từ đồ thị ta thấy: - Dạng dòng điện ra tải là dạng xung hình chữ nhật xoay chiều không phụ thuộc tải. - Dạng điện áp tải nhận được có dạng sin. - Dòng điện sớm pha hơn điện áp một góc j tải chính điều này tạo góc khoá cho van. Chuyển mạch dòng điện giữa các van là chuyển mạch tự nhiên, do đó các van V1 áV4 có thể chọn Thyristor thường, xung điều khiển cho Thyristor là xung đơn. Từ đồ thị : Uv Với Ut = U2.sinwt Khi jt > thì Ud < 0 nghĩa là mạch từ chế độ nghịch lưu độc lập sang chế độ chỉnh lưu điều khiển (năng lượng chuyển từ phía xoay chiều sang phía một chiều). Góc jt là thời gian đặt điện áp ngược lên Thyristor là thời gian để van khôi phục tính chất điều khiển. jtmin ³ 2pftq b. Tải có tính chất cảm kháng ( Dòng điện tải it chậm pha so với điện áp tải Ut một góc jt ) Ld Id + A V1 V3 Ut Ed a + - b Uv V2 ( - ) ( + ) V4 - K Nguồn cung cấp là nguồn một chiều lý tưởng E + Ld, nguồn dòng một chiều lý tưởng với giá trị Id, Bộ biến đổi V1 á V4 là van điều khiển hoàn toàn. * Nguyên lý làm việc của mạch : Các tín hiệu đưa vào cực điều khiển Gate của các cặp van V1, V4 và V2, V3 theo nguyên tắc lệch pha theo một góc 1800, tức là phát xung điều khiển theo quy luật đóng mở các van sao cho bộ biến đổi được dòng điện một chiều Id thành dòng điện xoay chiều có dạng xung hình chữ nhật, điện áp ra có dạng hình sin. Xét sự chuyển mạch dòng điện tại thời điểm p: V1 đ V3 V2 đ V4 Xét tại thời điểm trước p một khoảng khắc, giả sử V1, V4 đang thông: iV1 = i V4 = i t = id > 0 Ut < 0 thế (+) đặt vào b thế (-) đặt vào a Thế (-) thông qua V1 đặt ngược trực tiếp lên V3. Thế (+) thông qua V4 đặt ngược trực tiếp lên V2. Từ đồ thị ta thấy theo yêu cầu của dòng điện tải it = Id phải đổi dấu từ (+) sang (-) ở tại thời điểm p, như vậy V2 và V3 phải thông được ở tại thời điểm p, vì theo phân tích ở trên V2, V3 đang bị đặt điện áp ngược thông qua V1 và V4, muốn chuyển mạch cho V2 và V3 cần phải cưỡng bức khoá V1 và V4 trước p, như vậy chuyển mạch giữa các van là chuyển mạch cưỡng bức. Do đó các van V1 đến V4 là van điều khiển hoàn toàn ( điều khiển đóng và mở đều bằng xung điều khiển ). Khi V1 và V4 đã khoá, ta thấy có thời điểm cả 4 van đều khoá : UV1 = UV2 = UV3 = UV4 = Ed / 2 > 0, với điều kiện Ed > U2. Tại thời điểm p ta phát xung điều khiển mở cặp van V2 và V3 đ 2 van này sẽ thông thực hiện đảo chu kỳ dòng điện tải . Các quá trình lập đi lập lại sau mỗi chu kỳ cho ta đồ thị như hình vẽ : taỉ U t i t i wt jt jt jt o I Iv1 v1 wt o Uv1 wt o u u v = AK wt o Từ đồ thị ta thấy : - Dạng dòng điện ra tải cũng có dạng xung chữ nhật. - Dạng điện áp ra có dạng sin. Mạch không có thời gian để khoá van do đó phải chuyển mạch cưỡng bức. Chuyển mạch dòng điện giữa các van là chuyển mạch cưỡng bức do đó các van V1á V4 là van điều khiển hoàn toàn. Nếu sử dụng Thyristor thường thì phải đặt tụ song song với điện cảm để tạo ra tính chất tải dung kháng. Từ đồ thị Uv ta có : Uv = Ud = cosjt Do đó khi mà jt > p/2 thì Ud < 0 tức là đổi chiều điện áp trung bình đầu vào nghịch lưu. 3. Nghịch lưu cộng hưởng (song song) sơ đồ cầu 1 pha - Mạch cộng hưởng gồm: Các van V1 áV4 là các Thyristor điều khiển hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Tải gồm Z tải và L tải - Nguồn cung cấp ( Ed + Ld ). Tụ C có thể mắc song song hoặc nối tiếp với tải. * Nguyên lý làm việc của mạch : Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu cộng hưởng là quá trình chuyển mạch giữa các van dựa vào hiện tượng cộng hưởng, giá trị điện cảm Ld thì không lớn nhưng nghịch lưu dòng (Ld = ∞) và không nhỏ như nghịch lưu áp (Ld = 0), mà chiếm một vị trí trung gian sao cho có sự kết hợp điện cảm tải ( Lt) và tụ điện C thì trong mạch xuất hiện hiện tượng cộng hưởng. Quá trình chuyển mạch xảy ra trong mạch qua các van được đặc trưng bởi quá trình phóng nạp của tụ điện tạo bởỉ nguồn cung cấp và các cuộn cảm có trong thành phần tải, quá trình phát xung vào các van V1, V4 và V2, V3 lệch nhau 1800 và sau mỗi chu kỳ được lặp lại. Khi các van Tiristo ở trạng thái thông, tần số dao động riêng của vòng cộng hưởng f0 và tần số của các xung kích Tiristor, với f0 > f, tần số dao động riêng của mạch tải : w0 = = 2pf0 = 2p. Tần số cộng hưởng : f0 = Chính vì thế quá trình dao động phóng nạp của tụ gần với quy luật Sin và kết thúc trước khi mở cặp van tiếp theo, trong thời gian đó sẽ không có dòng tải thời gian này là thời gian cần thiết để đóng toàn phần các cặp van trước đó, trước khi kích thông các cặp van tiếp theo. Tại t = 0, kích mở cặp van V1 đến V4, các cặp van này sẽ thông, tụ C được nạp: (+) đ Ld đ V1 đ Zt đ V4 đ (-), dòng nạp cho tụ sẽ có dạng sang hình sin ( vì mạch là dao động cộng hưởng như đã phân tích ở trên). Tại thời điểm wt = t1 dòng qua tải giảm về không do đó V1, V4 bị khoá lại. Tại thời điểm t1 đến t2 tất cả các van Tiristor đều khoá lại, điện áp trên V1 và V4 : UV1 = UV4 = Điện áp trên tụ C trong khoảng thời gian t1 đến t2 phải lớn hơn nguồn E để đảm bảo khoá V1 và V4 chắc chắn tại thời điểm t = t2 (p) phát xung mở cặp van V2, V3. Các cặp van này mở đặt điện áp ngược lên V1, V4 bằng điện áp của tụ C ( Uc), tụ C được nạp điện theo chiều ngược lại và đảo dấu cực tính. Dòng nạp của tụ điện C cũng mang tính chất dao động và giảm về 0 ở thời điểm t = t4 và và lúc này V2, V3 bị khoá, quá trình này lặp đi lặp lại sau mỗi chu kỳ. Điện áp lớn nhất đặt lên Tiristor bằng điện áp thuận: Uth = Ut Ta có đồ thị : Từ đồ thị ta thấy : Dòng điện tải it và điện áp tải ut có dạng hình sin nên chứa ít sang diều hoà bậc cao. Khác với nghịch lưu độc lập điện áp và dòng điện, các quá trình xảy ra trong mạch qua cách khoá các van được đặc trưng bởi quá trình dao động phóng- nạp của tụ điện tạo bởi nguồn cung cấp và các cuộn cảm mắc thêm hay có sẵn trong thành phần của tải, chính vì thế mà dòng trong mạch tải có dạng gần với hình sin. Trong mạch nghịch lưu này tụ điện có thể mắc song song hoặc nối tiếp với tải, ngoài việc tạo ra đồ thị điện áp, tụ điện còn tham gia vào các quá trình đóng Tiristor. Góc b đủ lớn để nghịch lưu song song làm việc ổn định và tần số dao động f0 bao giờ cũng lớn hơn tần số nghịch lưu f: f0 > f Khi dòng dao động giảm về không V1V4 khoá lại UV1V4 = để khoá van hoàn toàn thì ẵUcẵ > ẵEdẵ 4. Kết luận : Từ nhưng phân tích ở trên ta thấy, nghịch lưu dòng điện có đặc điểm cơ bản là điện áp của nó biến thiên theo phụ tải và nghịch lưu dòng không cho phép làm việc ở chế độ không tải vì nếu Rt đ Ơ thì Utđ Ơ và Idđ Ơ. Như vậy quá trình chuyển mạch không thể thực hiện được và cũng không có thiết bị bán dẫn nào chịu được quá điện áp lớn như vậy. Mặt khác khi phụ tải biến thiên dạng điện áp trên tải sẽ có dạng gần hình chữ nhật, góc b cũng thay đổi theo ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch của nghịch lưu như vậy nghịch lưu dòng để đảm bảo ổn định điện áp ra và cho phép nó làm việc trong phạm vi thay đổi phụ tải cần có độ ổn định điện áp ra nghịch lưu, thực chất đây là bộ bù công suất phản kháng của tải. Như vậy nghịch lưu dòng phải làm việc ở chế động công hưởng song song, đặc điểm cơ bản của nghịch lưu cộng hưởng là quá trình chuyển mạch của van dựa vào hiện tượng cộng hưởng. Từ những phân tích các chế độ nghịch lưu ta thấy trong quá trình nấu chảy thép lại mất dần từ tính nên nghịch lưu thích hợp với tải là nghịch lưu dòng điện cầu 1 pha. Mặt khác để truyền năng lượng từ phía một chiều sang phía xoay chiều là lớn nhất thì nghịch lưu dòng điện cầu 1 pha phải làm việc ở chế độ cộng hưởng song song. Do đó ta chọn phương án: Nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện làm việc ở chế độ cộng hưởng song song. Sơ đồ bộ biến tần lò nấu thép Nguyên lý hoạt động của toàn bộ hệ thống I. Khởi động mạch lực Yêu cầu của mạch lực là phải được khởi động từ tần số thấp đến tần số cao, ta sẽ phân tích cơ chế của bộ phận khởi động: Khi cấp điện cho cả mạch lực và mạch điều khiển, ấn nút khởi động ở bộ phận khởi động. Cụng suất mạch lực được đo và qua khâu chỉnh lưu nhanh để có một tín hiệu điện áp dương và có giá trị tỷ lệ với giá trị công suất . Khâu PI so sánh giá trị của công suất đặt trước Pđặt với giá trị hồi tiếp về của công suất mạch lực. Khi mạch bắt đầu hoạt động thì công suất của tải sẽ tăng dần từ giá trị 0, do vậy đầu ra của khâu PI sẽ có điện áp rất lớn , tín hiệu này được hạn chế qua khâu hạn chế ( khâu hạn chế sẽ được thiết kế để sao cho tín hiệu lớn nhất đi qua nó vẫn thoả mãn tần số tạo ra < 2f để mạch lực hoạt động hiệu quả nhất). Bộ phận chuyển mạch sẽ ngắt tín hiệu lớn này nhờ một Điốt và lấy tín hiệu của phần khởi động. Khi nhấn nút khởi động, tín hiệu điện áp ra khỏi khâu khởi động tăng dần . Phần chuyển mạch cho tín hiệu này đi vào khâu VCO , tần số ra của khâu VCO sẽ tăng dần do vậy xung cấp cho van Thyristor có tần số tăng dần. Mạch sẽ được khởi động, khi công suất tải tăng dần đến giá trị định mức, tín hỉệu ra khỏi PI sẽ giảm dần khi Ptai = Pdinh muc . Tín hiệu ra từ khâu khởi động tăng dần. Sau thời gian khởi động khâu chuyển mạch sẽ ngắt tín hiệu khâu khởi động và cho tín hiệu từ khâu hạn chế qua. II. Hoạt động của lò khi tải thay đổi. Khi mạch hoạt động ở chế độ định mức mà tải có sự thay đổi thì tín hiệu hồi tiếp về thay đổi, sự thay đổi đú so với giá trị định mức đặt trước được khuyếch đại qua khâu PI , tín hiệu đưa đến khâu VCO sẽ làm thay đổi tần số đầu ra. Ví dụ khi công suất tải thấp hơn công suất đặt trước , sẽ có tín hiệu hồi tiếp về khâu PI, tín hiệu ra của khâu này tới khâu VCO và tần số ra tăng lên làm công suất tải tăng lên. Và ngược lại; dần dần mạch trở về trạng thái làm việc ổn định và công suất của tải sẽ ở giá trị đặt. Chương III Tính toán mạch nghịch lưu Số liệu cho trước: Công suất tôi : Pđm = 50 Kw Điện áp ra : Ura = 500 V Tần số ra : f = 12000 Hz Hệ số công suất : Cos j = 0,5 Theo công thức công suất tác dụng: Pđm (lò) = Ura. Ira. cosj ị Ira = = = 200 (A). Chọn van công suất nghịch lưu. Để nâng cao khả năng làm việc của van công suất, em lựa chọ phương án làm mát bằng nước, để tiết kiệm và đảm bảo trong sạch môi trường ta dùng hệ thống bơm nước tuần hoàn. * Tính dòng điện chọn van : Dòng điện tính toán qua van (cầu 1 pha ) Ittv = = = 100 (A) = Itbvtt. + Chọn hệ số dự trữ dòng điện với điều kiện làm mát bằng nước Công thức tính dòng trung bình van tính toán : Itbvtt = ( 0,6 á 0,7 ) Itbvmax. Ta chọn : Itbvtt = 0,7 Itbvmax ị Itbvmax = = = 142 (A) * Tính điện áp ngược cực đại đặt trên van: Ungmaxtt = Ura = .500 = 700 (V) + Chọn hệ số dự trữ điện áp với điều kiện làm mát bằng nước: Ungmaxtt Ê 0,7 Ungvmax ị Ungvmax = = = 1000 (V) * Tính toán thời gian khoá theo số liệu đã cho: Cosj = 0,5 ị j = 600 = = 1,05 rad ị Thời gian khoá van ; tK = = = 0,14.10-4 S = 14 ms * Tính thời gian phục hồi tính chất điều khiển của van ( tq): + Để đảm bảo cho van Tiristor khoá chắc chắn: tq < tK + Để đảm bảo thời gian đủ để tạo cho van khoá chắc chắn thường chọn: tK = ( 2 á 3 )tq (ms) ị Ta chọn: tk = 2 tq ị tq = = = 7 (ms). * Theo số liệu đã tính toán ở trên ta chọn van, tra sổ tay chọn van theo tiêu chuẩn nhà chế tạo: (Tra trong sách điện tử công suất – lý thuyết, thiết kế và ứng dụng). Ta chọn van TF225-04Q có các thông số kỹ thuật như sau: + Điện áp ngược cực đại : Un max = 1000 V + Dòng điện làm việc cực đại : Iđm max = 250 A + Dòng điện đỉnh cực đại : IPICMAX = 5000 A + Dòng điện điều khiển : Igmax = 200 mA + Điện áp điều khiển : Ugmax = 3 V + Sụt áp trên Tiristor ở trạng thái dẫn : DUmax = 2 V + Thời gian chuyển mạch ( mở và khoá ): tcm = 7 (ms) + Tốc độ tăng điện áp : du/dt = 200 V/s + Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 1250 C. *Bảo vệ van bán dẫn: Trong quá trình van hoạt động thì van phải được làm mát để van không bị phá hỏng vì nhiệt vì vậy ta phải tính toán làm mát cho van (đã tính ở phần chọn van nghịch lưu), tuy nhiên, van cũng có thể hỏng khi chịu tốc độ tăng dòng, tốc độ tăng điện áp. Để tránh các hiện tượng quá dòng, quá áp trên van dẫn đến hỏng van ta phải có nhưng biện pháp thích hợp . Biện pháp bảo vệ thường dùng nhất là mắc mạch R,C song song với vấn đề bảo vệ quá điện áp và mắc nối tiếp cuộn kháng để hạn chế tốc độ tăng dòng điện. Hiện nay khi chế tạo các van bán dẫn công suất, thường đã cho sẵn trong sổ tay tra cứu. *Chọn bảo vệ cho van: Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tristor được thực hiện bằng cách mắc R- C song song với Trisitor. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của điện ngược gây ra Sđđ cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá trình điện áp giữa Anốt và Katốt của Trisitor. Khi có mạch R- C mắc song song với Tristor ( lợi dụng tính tích tụ của tụ điện ), tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tristor không bị quá áp . Theo kinh nghiệm : R = ( 5 á 30) W, C = ( 0,25 á 4 ) mF Ta chọn: R = 5,1 W; C = 0,25 mF L = (50 á 100) mH Mạch R- C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch. L hạn chế dòng điện qua van di / dt * Tính chọn tụ bù: * Đặc điểm của nghịch lưu cộng hưởng song song: Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu cộng hưởng là quá trình chuyển mạch của van dựa vào hiện tượng cộng hưởng. Nghịch lưu dòng điện có đặc điểm cơ bản là điện áp của nó biến thiên theo phụ tải và nghịch lưu dòng không cho phép làm việc ở chế độ không tải. Vì nếu Rt đ Ơ thì Ut đ Ơ và id đ Ơ như vậy quá trình chuyển nạch không thể thực hiện được và cũng không có thiết bị bán dẫn nào chịu được quá điện áp lớn như vậy. Mặt khác khi tăng phụ tải ( tương ứng với việc giảm trị Rt), lúc này dòng nạp cho tụ sẽ giảm, ngược lại dòng phóng của tụ qua tải sẽ tăng lên. Điều này dẫn đến giảm năng lượng tích trữ trong tụ, dạng điện áp trên tải sẽ có dạng gần với hình chữ nhật, nhưng góc b cũng giảm đi đáng kể. ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch của nghịch lưu. Do đó để đảm bảo ổn định điện áp ra của nghịch lưu dòng và cho phép nó làm việc trong phạm vi thay đổi phụ tải rộng cần có bộ ổn định điện áp ra của nghịch lưu, thực chất đây là bộ bù công suất phản kháng của tải. Đồ thị thay thế Đồ thị véctơ Từ đồ thị ta thấy : Khi thí nghiệm phụ tải chẳng hạn giảm dòng tải, dòng nạp cho tụ cũng bị thay đổi theo, để cho dòng tụ không đổi thì nghịch lưu 1 pha phải là nghịch lưu dòng điện để đảm bảo dòng nạp cho tụ ít bị thay đổi. Vì = = const.( Chính là nguồn dòng ). - Qua phân tích ở chương II và những đặc điểm đã nêu ở trên ta cần phải tính toán tụ điện mác song song với tải sao cho phù hợp với đặc điểm của tải biến động mà vẫn đảm bảo quá trình chuyển mạch cho các van nghịch lưu hoạt động ổn định. * Tính toán : Số liệu PNL = 50KW, cosj = 0,5; UNL = 500V= UC = Ut, I(1) = 142A + Do tụ điện không tiêu thụ công suất tác dụng: PNL = Pt =50 KW; PC = 0 +Thành phần điện cảm của tải cụng không tiêu thụ công suất tác dụng PL = 0. Theo công thức: Pt = Ut . It .cosj = ị Rt = = 2,5 W + Công suất phản kháng của nghịch lưu QNL = Ut. I(1) . sinj = 500.142.sin60 =61,06 KVar + Công suất phản kháng của tải : Qt = Ut . It . sinj = = = 86 KVar. + Góc khoá của nghịch lưu phụ thuộc vào tỷ lệ giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng : ta có: tg b = = ị QNL = QC – Qt QC = QNL + Qt = 61,06 + 86 = 147 KVar Công suất phản kháng của tụ C: QC = Ut . UC = U2t . w . C ; Q = I . Xc ị Điện dung của tụ cần là : C = = = 93.10-6F ị C = 93 mF Điện áp lớn nhất đặt lên tụ Ungmax = 2 . Ut = 1414 V Chọn tụ Trung Quốc sản xuất : RFM 0,75 – 720 – 15 Qn = 720 KVA, Un = 0,75 KV C = 50,7 mF ị Như vậy cần chọn mắc song song 4 tụ trên. Chương iv Mạch điều khiển I. Nguyên tắc để xây dựng mạch điều khiển 1) Đặc điểm của hệ điều khiển đến phần nghịch lưu cho lò nấu thép: + Hệ thống điều khiển nghịch lưu dùng để tạo ra các xung điều khiển đóng mở các van theo những luật mong muốn: Uđk = f (f). + Luật điều khiển chủ yếu tập trung vào các vấn đề điều chỉnh điện áp, tần số và đảm bảo chất lượng điện áp ra của nghịch lưu. + Hệ điều khiển có thể được phân loại theo hệ một pha, ba pha, theo tín hiệu thành hệ điều khiển tương tự hoặc hệ điều khiển số. + Hệ điều khiển nghịch lưu gồm 2 phần: Phần tạo luật điều khiển và phần tạo tín hiệu công suất để đóng mở các van động lực. + Hệ điều khiển với nghịch lưu cộng hưởng : Để ổn định tần số đối với phụ tải hay biến thiên, người ta dùng các bộ phản hồi dòng và áp của phụ tải. Mạch phát xung chỉ đóng vai trò kích thích mở van ngịch lưu lúc ban đầu, sau khi mạch dao động thì mạch phát xung sẽ được cắt ra. + Ngoài ra hệ điều khiển còn tham gia vào bảo vệ bộ biến đổi trong những trường hợp sự cố nhất định. 2) Sơ đồ khối của mạch điều khiển: FX CX CĐ NL KĐSX PH + FX: Khối phát xung chủ động, tạo xung tần số bằng tần số ra của nghịch lưu theo yêu cầu, sau đó đưa đến khâu chia xung qua khâu CĐ. + CĐ: Khoá chuyển đổi nhiệm vụ: Khi khởi động mạch thì (1) và (2) đóng cấp xung tần số theo yêu cầu vào nghịch lưu sau khi mạch khởi động xong (1) và ( 2) được tách ra, (3) và (4) đóng vào cấp tín hiệu từ khâu phản hồi vào khâu chia xung. + CX: Khối chia xung, thực hiện chức năng chia tần số của tín hiệu phát xung chủ đạo thành ra các kênh theo yêu cầu điều khiển của nghịch lưu. + KĐSX: Khuyếch đại – sửa xung, nhiệm vụ tạo xung chuẩn, khuyếch đại đủ công suất mở, khoá van một cách tin cậy và ghép với mạch nghịch lưu. + PH: Khâu phản hồi, làm nhiệm vụ đưa tín hiệu phản hồi dòng và áp của phụ tải về mạch điều khiển để tạo luật điều khiển bám sát theo sự thay đổi của phụ tải nhằm ổn định tần số nghịch lưu. 3) Nguyên tắc điều khiển Mạch điều khiển có nhiệm vụ tạo xung điều khiển mở các van Tiristor công suất độ rộng và hình dạng nhất định đảm bảo mở các van 1 cách chắc chắn và tin cậy, với mọi sự thay đổi của tải. Ngoài ra mạch điều khiển còn tham gia vào mạch bảo vệ BBĐ trong những trường hợp sự cố nhất định. Đối với mạch nghịch lưu cộng hưởng đã chọn theo trình bày ở các phần trên, ta quan tâm đến thời điểm mở của các Tiristor, còn các quá trình khoá các Tiristor sẽ được thực hiện bằng các phần tử chuyển mạch, theo nguyên lý hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha đã phân tích, nguyên tắc phát xung điều khiển lên các cực điều khiển ( G1, G2, G3, G4 ) được thực hiện như sau: ( 1 ) T1 T4 T1 T4 p 2 p 3p t T2 T3 T2 T1 ( 2 ) t ( 3 ) t G1, G4 ( 4 ) G2, G3 t ( 3 ) t Xung điều khiển đưa vào cặp van T1, T4 lệch nhau 1800 so với xung điều khiển đưa vào cặp T2, T3. (1) Tạo xung tần số bằng tần số ra của nghịch lưu. (2), (3) Sau khi qua các bộ đảo, xung được chia làm 2 kênh lệch nhau 1800. (4), (5) Xung ở các kênh được vi phân để lấy thông tin về thời điểm mở các cặp van Tiristor. Sau đó các xung này được đưa và các bộ khuếch đại xung để tạo ra các xung điểu khiển có độ dài, công suất đủ lớn để mở các van Tiristor. Để ổn định tần số đối với phụ tải hay biến thiên của lò nấu thép với nghịch lưu cộng hưởng ta dùng các bộ phản hồi dòng và áp của phụ tải đưa về mạch điều khiển qua BI và biến áp BA. II. Thiết kế và tính toán mạch điều khiển 1) Máy phát xung (FX) dùng khuyếch đại thuật toán ( KĐTT) * FX: làm nhiệm vụ mạch dao động tạo ra xung vuông lặp lại theo chu kỳ, tần số phá