Đang tải... (xem toàn văn)
bài thiết kế đề tài bộ nguồn 1 chiều cấp cho lọc bụi tĩnh điện môn điện tử công suất,các bạn đọc tham khảo ,tài liệu không thể tránh khỏi sơ xuất mong các bạn góp ý bổ sung cho tài liệu được hoàn toàn hoàn thiện
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ LỌC TĨNH ĐIỆN Nền kinh tế ngày càng phát triển không ngừng dần đáp ứng được nhu cầu của con người về vật chất và văn hóa nhưng mặt trái của nó là kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng.Ở Việt Nam,tại những vùng tập trung nhiều công nghiệp,tình trạng khói bụi,khí độc hại thải ra môi trường gây ô nhiễm là rất đáng lo ngại.Do đó việc trang bị các hệ thống xử lí bụi trong các nhà máy xí nghiệp là thực sự cần thiết và có vai trò ngày càng quan trọng. Trong đó phương pháp lọc tĩnh điện là phương pháp tương đối hiệu quả đối với các nhà máy công nghiệp có một lượng bụi lớn như nhà máy xi măng,nhà máy phân bón luyện kim,nghiền đá,công nghiệp gốm…v v Nó có các ưu điểm cơ bản như hiệu suất thu bụi cao, chi phí năng lượng thấp,có thể làm việc với áp suất chân không hoặc áp suất cao,và đặc biệt có thể điều khiển và tự động hóa hoàn toàn. Lọc bụi tĩnh điện (ESP) là thiết bị lọc bụi bằng phương pháp tĩnh điện. Nguyên lý của ESP là: Khi dòng khói đi qua điện trường (được tạo bởi dòng điện một chiều có hiệu điện thế cao) dòng khói sẽ bị điện li tạo thành các điện tử, các ion âm và các ion dương. Bụi trong khói khi đi qua điện trường cũng bị nhiễm điện, các hạt bụi nhiễm điện sẽ bị hút về phía các điện cực trái dấu và bám trên bề mặt các điện cực. Sau một thời gian bụi bám trên bề mặt điện cực sẽ có chiều dày nhất định thì sẽ được hệ thống búa gõ, máy rung tách các hạt bụi và đưa về phễu thu hồi. Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như: kích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều khiển điện trường, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng không khí trong vùng điện trường. Tùy theo lưu lượng bụi của buồng lọc mà hệ thống tự động điều chỉnh 1 điện áp cao áp vào buồng lọc sao cho đạt được hiệu suất lọc bụi cao nhất.Với điều kiện hoạt động tốt hệ thống có thể đạt hiệu suất lọc bụi đạt trên 95%. Hình 1.1: Nguyên lý phương pháp tĩnh điện Ưu điểm chính của ESP so với các phương pháp lọc bụi khác là: • Hiệu suất khử bụi cao: Có thể hơn 99% • Tổn thất áp lực dòng nhỏ • Có thể lọc được bụi có kích thước rất nhỏ: 0.1µm • Tiêu hao điện năng thấp • Lưu lượng khói đi qua thiết bị lớn • Chịu được nhiệt độ cao: có thể lên đến 450 0 C 1.2. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN Thiết bị lọc bụi tĩnh điện làm việc dựa trên nguyên lý làm sạch không khí bằng việc ion hóa và tách bụi khói ra khỏi không khí khi chúng đi qua trường điện từ . Hiệu quả của thiết bị này phụ thuộc vào tính chất của không khí , độ bẩn bụi , tính 2 chất cực điện , thông số điện của thiết bị , tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng khí trong trường điện từ . Nguyên tắc sơ đồ lọc bụi tĩnh điện cấu tạo từ các linh kiện cơ bản hình thành bởi 2 tấm điện cực đứng song song. Giữa 2 điện cực này được thiết lập một hiệu điện thế một chiều tương đối cao nên cường độ điện trường do chúng gây ra có giá trị tương đối lớn dẫn đến các hạt bụi sẽ bị ion hóa mãnh liệt. Dưới tác dụng của lực điện trường giữa hai bản cực, các ion bị hút về phía bản cực trái dấu: ion âm về cực dương, ion dương về cực âm . Cực dương của thiết bị lọc bụi thường được nối đất. Các hạt bụi sau khi dịch chuyển về các điện cực sẽ lắng lại trên bề mặt điện cực. Theo mức độ tích tụ bụi trên bề mặt điện cực, người ta định kỳ rung lắc điện cực, hoặc xối nước rửa điện cực để loại bỏ bụi. Để đạt được các yêu cầu trên, ta phải thiết kế một mạch điều khiển cho hai bản cực và chỉnh lưu điện áp cho mạch. Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống LBTĐ Với mạch điều khiển công nghệ lọc bụi tĩnh điện, ta cần tạo ra một hiệu điện thế 1 chiều tương đối cao, có thể điều khiển được. Ngoài ra sơ đồ này không làm 3 lệch pha lưới điện, thiết kế bộ lọc đơn giản và điện áp ngược trên các van có thể bằng 0. 1.3. CÁC PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC Có 2 phương án: - PHƯƠNG ÁN 1: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều chỉnh được đó là bộ chỉnh lưu dùng các điôt sau máy biến áp và một bộ điều áp xoay chiều trước máy biến áp (hình 1.3). Điện áp đặt lên mỗi thyristor là tương đối nhỏ (400 V) chính vì vậy rất dễ cho việc chọn van và điều khiển và bảo vệ van. Ta thấy rằng dòng điện chảy qua thyristor là rất lớn và đây là nhược điểm của phương pháp này nhưng không phải là nhược điểm lớn, có thể vẫn chọn được van phù hợp. Như vậy là điện áp đặt lên mỗi thyristor là tương đối nhỏ chính vì vậy rất dễ cho việc chọn van, điều khiển và bảo vệ van , không chỉ vậy còn giảm được vốn đầu tư cho thiết kế hệ thống. Hình 1.3 Phương án 1 - PHƯƠNG ÁN 2: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có thể điều chỉnh được góc mở dùng các thyristor đặt sau máy biến áp (hình 1.4) 4 Dòng điện qua van là rất nhỏ nên rất dễ chọn van theo điều kiện dòng điện. Và so với phương án 1 thì số lượng van ít hơn. Ưu điểm thứ hai của phương án là chỉ có một bộ chỉnh lưu mà không dùng đến bộ điều áp. Hình 1.4 Phương án 2 Dòng điện qua van là rất nhỏ nên rất dễ chọn van theo điều kiện dòng điện.Và so với phương án 1 thì số lượng van ít hơn. Ưu điểm thứ hai của phương án là chỉ có một bộ chỉnh lưu mà không dùng đến bộ điều áp. Điện áp qua van rất lớn nên rất khó chọn van, điều khiển và bảo vệ van. Nếu mắc nối tiếp các van thì gây khó khăn cho việc điều khiển. CHƯƠNG 2 5 THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ Khí thải lọc bụi được thổi qua một hệ thống hai điện cực. Giữa hai điện cực này được thiết lập một hiệu điện thế một chiều tương đối cao nên cường độ điện trường do chúng gây ra có giá trị lớn dẫn đến các hạt bụi sẽ bị ion hóa mãnh liệt. Dưới tác dụng của lực điện trường giữa hai bản cực,các ion bị hút về phía bản cực trái dấu: ion âm về cực dương, ion dương về cực âm. Cực dương của thiết bị lọc bụi thường được nối đất. Các hạt bụi sau khi dịch chuyển về các điện cực sẽ lắng lại trên bề mặt điện cực. Theo mức độ tích tụ bụi trên bề mặt điện cực, người ta định kì rung lắc điện cực, hoặc xối nước rửa điện cực để loại bỏ bụi. Áp dụng nguyên lý cơ bản này ta sẽ thiết kế một mạch điều khiển cho hai bản cực đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Với công nghệ lọc bụi này khi thiết kế ta gặp phải một số vấn đề sau: - Thứ nhất là điện áp trên cao áp lọc rất cao,vào cỡ 70KV đến 100KV. Với điện áp cao này ta sẽ rất khó chọn van, có thể giá thành của hệ thống sẽ cao. - Thứ hai là trong quá trình lọc do lượng khí giữa hai bản cực khi ion hóa tạo thành dòng điện nên hệ thống rất hay bị ngắn mạch. Vì vậy ta phải thiết kế một hệ thống chống ngắn mạch và tự động đóng mạch vào điện áp làm việc sau khi kết thúc phóng điện. Điện áp của thiết bị lọc bụi phải được tăng dần ổn định để đảm bảo cho lượng bụi được hút ổn định và để tránh sự phóng điện không kiểm soát được giữa các bản cực. 2.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC Do chỉnh lưu cầu có ưu điểm hơn các mạch chỉnh khác về hệ số sử dụng máy biến áp và điện áp ngược đặt lên van rất phù hợp với đặc điểm của tải là điện áp cao và dòng tải nhỏ nên chỉnh lưu cầu được chọn.Chỉnh lưu cầu ba pha có ưu điểm hơn về hệ số sử dụng máy biến áp và chất lượng điện áp một chiều đầu ra nhưng để 6 đơn giản hóa vấn đề điều khiển và xét đến giá thành của hệ thống ta chọn sơ đồ cầu một pha có điều khiển. Tuy nhiên vì điện áp đầu ra rất cao nên việc thỏa mãn được điện áp ngược đặt lên van là một vấn đề quan trọng cần giải quyết.Ta xem xét đến hai phương án mạch lực: -Phương án 1: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều chỉnh được đó là bộ chỉnh lưu dùng các điot sau máy biến áp và bộ điều áp xoay chiều trước máy biến áp. -Phương án 2: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu ba pha có thể điều chỉnh được góc mở dùng các thyristor đặt sau máy biến áp. Phương án 1 Hình 2.1. Phương án 1 Cấu tạo: Gồm bộ điều áp ba pha sử dụng sáu thyristor mắc song song ngược(T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 ), máy biến áp nối Y-Y và bộ chỉnh lưu cầu ba pha sử dụng sáu điốt (D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 ) Hoạt động của sơ đồ: Điện áp ba pha từ nguồn vào qua bộ điều chỉnh xung áp sẽ được điều chỉnh do tín hiệu của mạch điều khiển. Điện áp xoay chiều ba pha sau điều chỉnh đưa tới máy biến áp ba pha nối Y-Y để tăng điện áp. Điện áp sau khi 7 được tăng đưa qua chỉnh lưu cầu ba pha để biến đổi thành dòng một chiều đưa đến tải Điều áp 3 pha: các van T 1 , T 4 lần lượt dẫn dòng theo 1 chiều xác định nên dòng qua cặp Thysistor đấu song song ngược này là dòng xoay chiều. Các van Thysistor được phát xung điều khiển lệch nhau góc 180 o điện để đảm bảo dòng qua cặp van là hoàn toàn đối xứng . Các mạch điều áp xoay chiều có nhược điểm cơ bản là trong quá trình điều chỉnh, mạch luôn làm việc ở chế độ dòng điện gián đoạn, cả dạng dòng điện và điện áp ra tải đều không sin.Dòng điện sẽ liên tục và đồng thời trở thành hình sin hoàn chỉnh chỉ khi điện áp ra tải lấy bằng điện áp nguồn .Như vậy , khi điều chỉnh trên tải nhận được một dải n sóng hài hình sin. Nhiệm vụ và cách hoạt động của máy biến áp: Nâng điện áp sau khi điều áp lên điện áp 50-100kV để đáp ứng yêu cầu điện áp cao của công nghệ của lọc bụi tĩnh điện. Điện áp đầu vào sau khi điều áp sẽ được đưa vào cuộn sơ cấp của máy điện 3 pha.Sau khi được nâng áp tới điện áp U 2 = m.U 1 ( với m là tỉ số biến đổi của máy biến áp).Điện áp được nâng áp sẽ được đưa ra ở các cuộn dây thứ cấp để đưa vào bộ chỉnh lưu . Quan hệ giữa góc mở và công suất rơi trên tải: Khi phân tích hoạt động của sơ đồ ta cần xác định rõ xem trong các giai đoạn sẽ có bao nhiêu van dẫn và nhờ các quy luật dưới đây ta có thể có được biểu thức điện áp của từng giai đoạn, từ đó mới tiến hành tính toán. Dưới đây là các quy luật dẫn dòng của van trong mạch điều áp xoay chiều ba pha: - Nếu mỗi pha có một van dẫn thì toàn bộ 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, dođó điện áp đưa ra tải là điện áp dây nào có van đang dẫn. - Không thể có trường hợp chỉ có một pha dẫn dòng. 8 Dựa vào quy luật dẫn dòng của van trong từng giai đoạn mà ta có thể xây dựng được đồ thị điện áp ra của mạch điều áp xoay chiều ba pha. Tiếp theo, từ những biểu thức điện áp của từng giai đoạn đó ta lại có thể tính toán được các đại lượng cần tính như điện áp, dòng điện, công suất Ta xét hoạt động của mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng sáu Thysistor đấu song song ngược, tải thuần trở đấu hình sao ở trên và dựng đồ thị quan hệ giữa công suất tải và góc α : Công suất tải là : R.I.3P 2 = trong đó I là trị số hiệu dụng của dòng điện tải. Dòng điện này biến thiên theo hai trong ba quy luật dẫn dòng của van như sau : • Nếu mỗi pha có một van dẫn ( hay toàn mạch có ba van dẫn) : )sin( R3 U i dm ϕ+θ= • Nếu chỉ có hai van dẫn (hay toàn mạch có hai van dẫn ) : )sin( R2 U i dm ϕ+θ= trong đó : dm U là biên độ điện áp dây. ϕ là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở giai đoạn đang xét. Tuỳ thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có ba van dẫn hoặc hai van dẫn cũng thay đổi theo. Ta thấy có ba khoảng điều khiển chính : Khoảng dẫn của van ứng với α = 0 ÷ o 60 : Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van và hai van dẫn xen kẽ nhau như đồ thị dưới đây : 9 Hình 2.2. Điều áp góc mở 60 [1] Dựa vào đồ thị ta có thể xác định được biểu thức liên quan giữa công suất ra tải P và góc điều khiển α : R.I.3P 2 = = )d 3 sin d 4 sin d 3 sin d 4 sin d 3 sin ( R U3 3 2 2 3 2 3 2 2 3 2 3 2 3/ 3 3 22 2 dm θ θ +θ θ +θ θ +θ θ +θ θ π ∫∫∫∫ ∫ π α+ π α+ π π π α+ π π α α+ π π = ] 8 2sin 46 [ R U3 2 dm α + α − π π 10 [...]... điều khiển α ( từ 0 đến 15 0 độ điện ) α P% α P% 0 10 0 90 29,3 20 98,6 10 0 18 ,1 30 95,6 11 0 9,7 40 90,2 12 0 4,3 50 81, 8 13 0 1, 3 60 70,6 14 0 0 ,1 70 57 ,16 15 0 0 80 42,8 Bảng 2 .1 Liên hệ giữa công suất và góc mở Nhận xét :Điện áp đặt lên mỗi tiristor là tương đối nhỏ (400V) chính vì vậy rất dễ cho việc chọn van, điều khiển và bảo vệ van Không chỉ vậy còn giảm được vốn đầu tư cho thiết kế hệ thống Công suất... ra của bộ chỉnh lưu Nhóm 1cc: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc I1cc =1, 1 1. 05= 1, 16 (A) Nhóm 2 cc: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc mắc nối tiếp với điốt I2cc =1, 1 ItbD =1, 1 0.42 =0,46 (A) vậy chọn cầu nhẩy nhóm: 1cc loại 1. 2 A; 2cc loại 0.5 A Ngoài ra cần xây dựng hệ thống tự động tăng góc mở của thyristo khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch của tải 19 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3 .1 MỤC... vào khoảng 5 -10 %) ∆Udn là điện áp sụt trên dây quấn và được tính theo công thức ∆Udn= Id Rdn= Id ρ l coi như rất nhỏ S Vậy ta có điện áp cần để chỉnh lưu theo tính toán là: Ud0 = 10 5 .10 3 + 15 0 + 10 5 .10 3 5% = 11 0400 V Điện áp ra thực tế trên cuộn thứ cấp của máy biến áp là: U2 = Ud0/2, 34 = 11 0400/2,34 = 47 ,18 .10 3(V) = 47 ,18 KV U2 Tỉ số biến đổi của máy biến áp là: m = U = 11 7,95 P Dòng điện chạy trong... lưu + Chọn 1 Apomat có: Iđm = 1, 1 Ilv =1, 1 13 0,2= 14 3,22 ( A ) Uđm = 400 (V ) Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc tự động Chỉnh định dòng ngắn mạch Ingắnmach =2,5 Ilv = 2,5 .13 0,2 = 325,5 (A) Dòng quá tải: Iqt =1, 6 Ilv = 1, 6 13 0,2= 208,32( A ) +Chọn cầu dao có dòng định mức Iqt = 1, 1 Ilv =1, 1 13 0,2= 14 3,22(A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động 18 + Dùng... =2,45 U2 = 2,45 47 ,18 = 11 55 91 (V ) - Cần chọn điốt ít nhất chịu được điện áp ngược: Ui max = 1, 8 Ungược max = 1, 8 11 55 91 = 208063,8 (V) - Dòng chảy qua Điot: Itbv= 1, 2.Id/3= 1, 2.2 ,1/ 3 =0,84 (A) - Thời gian phục hồi tr không quan trọng vì làm việc với tần số 50Hz Từ thông số trên ta chọn điốt loại K100UF Un =10 000 V, ∆U =14 V ,Itbv= 1, 5 A - Số lượng điốt cần dùng mác nối tiếp là : n=21chiếc -Sụt áp trên... 3 pha lấy nguồn từ điện áp lực Khi cuộn sơ cấp và thứ cấp được nối Y/Y, điện áp đồng bộ U đb được lấy theo điện áp của lưới, do đó điện áp này sớm pha hơn góc mở một góc 30 độ Như vậy phạm vi điều chỉnh giảm còn từ 0 đến 15 0 độ điện, và tồn tại một khoảng không điều chỉnh được do điện áp chưa dương 21 Hình 3.2 Sơ đồ khâu đồng bộ [2] b Khâu tạo điện áp tựa Khi Udp ở nửa chu kì dương sẽ làm T1 mở, , dòng... là: ∆Ud =14 . 21. 6 = 17 64 V 2.3.3 TÍNH CHỌN THYRISTOR Tính chọn tiristor dưạ vào các yếu tố cơ bản dòng tải,sơ đồ đã chọn,điều kiện tản nhiệt ,điện áp làm việc các thông số cơ bản của van được tính như dưới đây : Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu: Unmax = 1, 5.Uphamax = 600 V Suy ra điện áp của van cần chọn là: Unv= 1, 8.Unmax =1, 8 600 = 10 80 V Kuv = 1, 8 hệ số dự trữ về điện áp cho van Dòng điện. .. chạy trong cuộn thứ cấp là : I2 = 0,82.Id = 1, 72 A Dòng điện chảy trong cuộn sơ cấp là : I1 = m.I2 = 202,87 A Công suất ở phía thứ cấp là : PTC = U2 I2 = 81, 15 (KW) Ta chọn máy biến áp 3 pha dựa trên các thông số của 1 pha ở trên 14 2.3.2 TÍNH CHỌN ĐIỐT Tính chọn Điot ta phải dựa vào các thông số cơ bản sau: - Chọn hệ số dự trữ về điện áp: ku =1, 8 - Chọn hệ số dự trữ về dòng: ki =1, 2 - Điện áp ngược max... mạch tải 20 3 .1. 2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Uluc ÐB Udb Utua Urc SS Uss TX Utx KÐX Ugk Udk ĐB : Khâu tạo điện áp nguồn pha Utựa: Khâu tạo điện áp răng cưa SS : Khâu so sánh Uđk : Điện áp điều khiển TX : Khâu tạo xung KĐX : Khâu khuếch đại xung điều khiển van Ung : Điện áp nguồn Uđk: Điện áp điều khiển 3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.2 .1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG a Khâu đồng bộ Ta thực hiện khâu đồng bộ bằng phương... 2.3 .1 Tính toán cho máy biến áp Ta chọn máy biến áp 3 pha có 3 trụ đấu Y-Y , làm mát bằng không khí tự nhiên Do thực chất của máy biến áp 3 pha gồm 3 máy biến áp 1 pha nên ta tính chung cho 1 pha - Yêu cầu của đề bài : điện áp vào 3 pha 400 V 13 - Do hệ thống khi làm việc dòng điện đi qua các thiết bị biến đổi nên sẽ gặp những tổn hao nhất định.Vì vậy ta thiết kế hệ thống với lượng dự trữ là 10 % . ) α P% α P% 0 10 0 90 29,3 20 98,6 10 0 18 ,1 30 95,6 11 0 9,7 40 90,2 12 0 4,3 50 81, 8 13 0 1, 3 60 70,6 14 0 0 ,1 70 57 ,16 15 0 0 80 42,8 Bảng 2 .1. Liên hệ giữa công suất và góc mở Nhận xét :Điện áp đặt. công nghệ lọc bụi tĩnh điện, ta cần tạo ra một hiệu điện thế 1 chiều tương đối cao, có thể điều khiển được. Ngoài ra sơ đồ này không làm 3 lệch pha lưới điện, thiết kế bộ lọc đơn giản và điện áp. 2,45 . 47 ,18 = 11 55 91 (V ) - Cần chọn điốt ít nhất chịu được điện áp ngược: U i max = 1, 8. U ngược max = 1, 8 . 11 55 91 = 208063,8 (V) - Dòng chảy qua Điot: I tbv = 1, 2.I d /3= 1, 2.2 ,1/ 3 =0,84