Ch-ơng 4 Thiết kế tính toán mạch lực I - Tính chọn van bán dẫn Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng cho lò điện d-ới đây ta sử dụng mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ng-ợc, tải thuần trở đấu sao. Các biểu thức thể hiện quan hệ giữa công suất ra tải P và góc điều khiển : Với = 0 o 60 : P = ] 8 2sin 4 6 [ R U3 2 dm Với = 60 90 o : P = ]2cos 16 3 2sin 16 3 12 [ R U3 2 dm Với = 90 150 o : P = ]2sin 16 1 2cos 16 3 4 24 5 [ R U3 2 dm Công suất định mức của lò điện là dm P = 40 (kw) Tổn hao của lò điện P = 3 (kw) Trong thực tế, lò điện có thể coi là hộ tiêu dùng điện loại một, nghĩa là nguồn cung cấp cho lò điện là ổn định. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả cũng nh- sự an toàn trong hoạt động của lò điện, ta sẽ chọn một l-ợng công suất dự trữ cho lò điện đề phòng tr-ờng hợp điện áp nguồn vì một lý do nào đó bị sụt áp . Ngoài ra, trong quá trình hoạt độngcua mình, lò điện cũng chịu thêm một số tổn thất khác nh- tổn thất trên các van bán dẫn, tổn thất trên đ-ờng dây nh-ng do không đáng kể so với tổng tổn thất vì nhiệt của lò nên ta có thể bỏ qua. Khi = 0 thì điện áp ra tải là hình sin hoàn toàn và đồng thời công suất ra tải cũng đạt công suất lớn nhất P = max P vì vậy để đảm bảo đủ bù các tổn hao đã nói ở trên ta chọn công suất lớn nhất của lò ứng với khi góc điều khiển = 0 là : P = max P = 50 (kw) Dựa vào công thức (1) ta tính đ-ợc công suất ra tải khi = 0 t 2 dm max R2 U P 3 2 max 2 dm t 10.50.2 380 P2 U R = 1,444 () ta xác định đ-ợc dây điện trở của lò có giá trị là 1,444 ( ). Từ đây, dựa vào công nghệ chế tạo ta có thể tiến hành thiết kế chi tiết cho dây điện trở để có thể đảm bảo đ-ợc các yêu cầu kinh tế kĩ thuật của lò điện. Tiếp theo, ta tiến hành chọn van thông qua các thông số kỹ thuật của van là điện áp ng-ợc lớn nhất, dòng trung bình qua van Nh- đã nói ở trên, hoạt động của mạch điều áp xoay chiều cũng t-ơng tự nh- mạch chỉnh l-u, cụ thể là mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ng-ợc có nguyên lý hoạt động trong một chu kỳ cũng giống nh- nguyên lý của mạch chỉnh l-u ba pha hình tia. Vì vậy, ta có thể hoàn toàn áp dụng các thông số chọn van của mạch chỉnh l-u ba pha hình tia cho mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ng-ợc. Cụ thể : Điện áp ng-ợc lớn nhất trên van : dmfmaxng U2U6U 537380.2U maxng (V) Nhận xét : khi góc điều khiển = 0 điện áp ra tải là hình sin và nh- vậy, dòng trung bình qua van lúc này là lớn nhất. Từ đây ta có thể xác định đ-ợc giá trị dòng điện trung bình qua van. 0 maxmaxtb sinI 2 1 I (do tải thuần trở nên i trùng pha với u ) )]0cos(cos[ R 2 U I maxf maxtb 444,1. 2.220 I maxtb = 68,6 (A) Khi chọn van ta phải chú ý đến điều kiện làm mát cho van vì khi hoạt động, van toả nhiệt rất lớn nên điều kiện làm mát cho van sẽ ảnh h-ởng đến hiệu quả cũng nh- tuổi thọ của van. Nếu van hoạt động trong điều kiện đ-ợc làm mát bằng không khí nhờ cánh tản nhiệt thì van có thể làm việc tốt với 25% dòng định mức. Nếu van làm việc trong điều kiện làm mát bằng quạt gió c-ỡng bức thì van có thể chịu đ-ợc đến 30 60% dòng định mức. Nếu làm mát bằng n-ớc thì van có thể chịu đ-ợc đến 80% dòng định mức. Thông th-ờng trong công nghiệp thì van phải đ-ợc làm mát tồi nhất là bằng không khí có quạt gió c-ỡng bức. Trong nhiệm vụ thiết kế là điện này thì dòng qua van không quá lớn nên ta có thể chọn chế độ làm mát cho van bằng không khí có quạt gió c-ỡng bức. Ta chọn các điều kiện thích hợp để van có thể chịu dòng tới 40% dòng định mức của van. Khi đó: tb I = % 40 I maxtb = % 40 6,68 = 172 ( A ) Để chọn giá trị của điện áp ng-ợc lớn nhất trên van, ta sẽ chọn thêm hệ số dự trữ điện áp u k = 1,6 2 ta chọn : u k = 1,6 ng U = u k . maxng U = 1,6 . 537 = 860 (V) Từ các giá trị của tb I và ng U , tra trong sổ tay ta chọn đ-ợc van C358 do hãng G.E của Mỹ chế tạo với các thông số sau : ng U = 500 1200 ( V ) tb I = 225 ( A ) 200 dt di max Kết luận, trong mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng cho lò điện này ta cần dùng sáu van thyristor C358 do hãng G.E của Nhật Bản chế tạo. . suất định mức của lò điện là dm P = 40 (kw) Tổn hao của lò điện P = 3 (kw) Trong thực tế, lò điện có thể coi là hộ tiêu dùng điện loại một, nghĩa là nguồn cung cấp cho lò điện là ổn định hoạt động của lò điện, ta sẽ chọn một l-ợng công suất dự trữ cho lò điện đề phòng tr-ờng hợp điện áp nguồn vì một lý do nào đó bị sụt áp . Ngoài ra, trong quá trình hoạt độngcua mình, lò điện. dây điện trở của lò có giá trị là 1 ,44 4 ( ). Từ đây, dựa vào công nghệ chế tạo ta có thể tiến hành thiết kế chi tiết cho dây điện trở để có thể đảm bảo đ-ợc các yêu cầu kinh tế kĩ thuật của lò