Đề tài Tìm hiểu và thiết kế mạch điều khiển bộ điều áp xoay chiều lọc bụi tĩnh điện công đoạn nghiền xi măng Công ty Xi măng Hải Phòng

ờ hệ thống gỡ theo một chu kỳ nhất định. Bụi sau khi rơi xuống bể đựng sẽ được chuyển tới bình chứa. Điện áp tĩnh điện càng cao, dòng các hạt điện tích càng lớn do các hạt tích điện được tạo ra càng nhiều. Tuy nhiên, điện áp này cần được khống chế dưới mức điện áp đánh thủng. Khi đạt tới điện áp đánh thủng, một kênh dần dạng plasma được tạo ra do mật độ của điện tích rất lớn, hiện tượng phóng điện xảy ra. Hiện tượng phóng điện có thể với dòng điện nhỏ, có thể với dòng điện lớn. Bộ điều khiển lọc bụi phải đảm bảo sao cho khi có phóng điện thì cũng không được kéo dài. Phụ thuộc vào giá trị điện trở của bụi, ta phân loại thành hai chế độ hoạt động: - Hoạt động không có hiệu ứng vầng quang ngược. - Hoạt động với hiệu ứng vầng quang ngược (bụi có trở kháng cao, thường lớn hơn 1011 Wcm). Đa số các hệ thống lọc bụi tĩnh điện hoạt động với hiệu ứng vầng quang ngược, nghĩa là hiệu suất lọc tăng khi năng lượng tiêu tốn (công suất vầng quang) tăng cho tới khi hiệu suất đạt được tối ưu. Nếu tăng thêm công suất giá thành của hệ thống sẽ trở nên quá lớn. Tuy nhiên, hệ điều khiển của bộ lọc bụi sẽ được thiết kế sao cho chi phí hoạt động là thấp nhất. Nó sẽ điều khiển liên động giữa các trường căn cứ vào tín hiệu về nồng độ của bụi, vào trạng thái của tải... để tối ưu nâng lượng cung cấp. Từ đó chi phí hoạt động sẽ giảm được đáng kể. Do ngăn cách bởi các hạt bụi có trở kháng cao, hiện tượng vầng quang ngược, rất không có lợi cho hiện mất lọc bụi, có thể xảy ra. Khi đó bụi không thể hút nhanh tới cực lắng. Kết quả là có sự sụt áp lớn trên lớp bụi bám (cũng vậy, cường độ điện trường). Điều này dẫn đến hiện tượng phóng điện cực bộ giữ các lớp bụi bám đồng thời với việc tạo ra các hạt điện tích dương từ đó, hụi đã được tách lại quay trở về với dòng khí sạch. Nói chung, hoạt động ở chế độ xung sẽ làm cho các hạt bụi này bị va đập bởi các hạt mang điện trong một thời gian ngắn, mặt khác thì các hạt mang điện trong lớp bụi sẽ di chuyển khỏi đó trong thời gian không có xung. Tuy nhiên, trong chế độ xung thì nguồn năng lượng phải thường xuyên thay đổi cho phù hợp với những điều kiện vận hành khác nhau cho việc thu bụi có hiệu quả, và đây là chế độ thay đổi xung Variopulse của COMOMATIC - F. 2.2. Cấu tạo của buồng lọc bụi tĩnh điện: Phụ thuộc vào các điều kiện: bảo quản, thành phần, áp suất, độ ẩm của không khí, các tính chất vật lý, hoá học của bụi, yêu cầu mức độ làm sạch... mà cấu tạo thiết bị lọc bụi có các kiểu khác nhau. Nhưng cấu tạo của chúng đều có những bộ phận cơ bản sau: 2.2.1. Cấu tạo của buồng lọc bụi tĩnh điện: Vỏ buồng lọc bụi có dạng hình hộp, được chế tạo bằng thép lá. Chọn vật liệu phải căn cứ vào nhiệt độ của khí thải. Phía trong vỏ là hệ thống chung của thiết bị. Phía dưới vỏ là các bunke chứa bụi. Vỏ phải có cấu trúc thuận lợi cho việc lắp đặt và sửa chữa thiết bị. Phía ngoài vỏ được bọc cách nhiệt ngăn ngừa tạo hơi nước vì mất nhiệt của không khí cần lọc. 01. Đường ống khí đầu vào lọc bụi 14. Tấm phân phối khí 02. Bảo ôn 15. Bộ chỉnh lưu 03. Cửa sập kiểm tra 16. Động cơ hộp số 04. Hộp bảo ôn 17. Các phần tử sấy lọc bụi 05. Bộ truyền hộp số hệ thống gõ 18. Bộ điều chỉnh nhiệt độ 06. Cực lắng (thu bụi) 19. Sứ đầu vào 07. Hộp số bộ gõ cực lắng 20. Cảm biến nhiệt độ 08. Cực phóng (vầng quang) 21. Nắp đậy 09. Hộp số bộ gõ cực phóng 10. ổ đỡ bạc 11. Tấm bảo vệ 12. Sứ đỡ 13. Trục sứ Hình 2.2: Cấu tạo buồng lọc bụi tĩnh điện 2.2.2. Cơ cấu phân phối khí đến vào thiết bị: Vấn đề phân phối khí trên mặt cắt ngang dòng chảy là một yêu cầu quan trọng trong khi thiết kế và vận hành thiết bị lọc bụi điện. Để phân phối khí bụi đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang dòng chảy và ngăn chặn dòng khí lọt qua vùng không có tác dụng thu bụi, người ta lắp đặt cơ cấu phân phối khí là hệ thống lưới (hoặc tấm có đục lỗ). Tổng tiết diện của các lỗ cho khí đi qua chiếm (35 á 45)% tiết diện của tấm. Phía trước lưới (tấm lỗ) là các cánh chỉnh hướng của dòng khí. Để thuận tiện cho việc sửa chữa và vận hành thì mỗi điện trường sẽ có một bunke chứa bụi. Cấu trúc của hunker được chọn thu tính chất bám dính của bụi. Tính bám dính của bụi thay đổi đáng kể theo thời gian lưu bụi trong bunke. Sau một tháng làm việc lượng bụi bám dính lớn do đó phải định kỳ tháo bụi khỏi bunke. Để việc tháo kiện ra khỏi bunke tránh được không khí lọt vào bunke làm giảm hiệu suất lọc bụi, ở đây người ta đã sử dụng van quay 541 RF 430. Tính lưu động của bụi còn phụ thuộc vào nhiệt độ của bụi. Khi nhiệt độ giảm thì độ ẩm của bụi tăng lên và bụi trở nên dính nhớt. Để bụi không dính kết và đóng tảng, người ta cách nhiệt cho các bunke và đặt hệ thống sấy ở đây. Khi bụi bám dính còn bố trí các thanh rung kêu trong hunke, việc bố trí này được tiến hành thu chu kỳ. Chú ý rằng: các thanh rung này cần được đặt tại các vùng chuyển động của bụi có hiệu quả và máy rung chỉ được phép rung khi van thải bụi RF chuyển động mở, vì nếu bụi không chuyển động được mà máy rung cứ làm việc thì bụi sẽ lực nén chặt. 2.2.3. Điện cực lắng: Các điện cực lắng là các tấm phẳng nhẵn đôi khi gắn thêm vào điện cực lắng các máy chứa bụi, để tránh cho việc khi nung của búa gõ bụi bị quấn theo khí ra ngoài. 2.2.4. Điện cực quầng sáng: Điện cực quầng sáng làm bằng kim loại đặc biệt bền cơ học, cứng vững để chịu được tác động của cơ cấu rung lắc, phải chống được sự ăn mòn và bền ở nhiệt độ cao. Đặc biệt phải có cấu trúc thích hợp để tạo ra sự phóng điện quầng sáng đều và có cường độ lớn. Điện cực quầng sáng có hai loại, nhưng ở đây đã sử dụng các điện cực quầng sáng không có các điểm định vị phóng điện mà sự phóng điện phân bổ đều theo chiều dài điện cực. 2.2.5. Thiết bị tạo điện áp cao: Hiệu suất của lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc chủ yếu vào điện áp giữa các điện cực phóng điện tích âm và các điện cực lắng nối đất. Thông thường hiệu suất gần tới giá trị tối ưu (giá trị mà ở trong thiết bị lọc bụi kiểu Jôn để làm sạch khí thải công nghiệp có hàm lượng bụi ban đầu lớn khi lọc để đạt được hiệu suất cao cần phải xác định sao cho khoảng cách giữa các điện cực khoảng 50 á 70 mm và hiệu điện thế đặt giữa hai điện cực khoảng 50 á 80 kv). Khi làm việc điện áp cần được giữ ngay dưới giới hạn phóng điện đánh thủng. Giá trị của điện áp phóng điện đánh thủng phụ thuộc vào các điều kiện vật lý và hoá học của khí hậu và mật độ bụi. Vì không đo được điện áp đánh thủng tức thời, nói chỉ có thể xác định bởi sự đạt tới phóng điện đánh thủng. Bộ điều khiển điện áp cao làm tăng điện áp lọc bụi tới gần điểm phóng điện đánh thủng. Sau khi xảy ra phóng điện đánh thủng, điện áp bị giảm đi một phần để hệ thống làm việc ổn định. Nếu điện áp đánh thủng nằm ở trên dải điện áp có thể đạt được thì sự phóng điện đánh thủng không thể xảy ra. 2.2.6. Phân bổ điện áp cao: Mỗi trường hợp riêng có chuyển mạch (375 điểm) - khoá này có thể thao tác từ bên ngoài rào bảo vệ của buồng điện áp cao. Nó dùng để nối thiết bị phát điện áp cao với trường nào đó, hoặc để nối trường điện nào đó với tiếp đất bảo vệ. 2.2.7. Khoá nối đất: Tất cả các phần chịu điện áp cao của lọc bụi tĩnh điện sẽ lập tức nối đất nhờ hệ thống khoá nối đất, khi có nguy hiểm về nổ. Khi khoá đóng tương ứng hệ thống phóng điện đà được nối đất và không có hiệu ứng vầng quang hoặc hồ quang xảy ra trong lọc bụi. Do đó ngăn ngừa được sự nổ của hỗn hợp khí gây nổ. Nếu thiết bị (lọc bụi tĩnh điện) không làm được, khoá nối đất ở vị trí đóng và hệ thống phóng điện đà nối đất. 2.2.8. Thiết bị nối đất: Trước khi vào bên trong lọc bụi để sửa chữa, cũng như bảo dưỡng, tất cả những bộ phận chịu điện áp cao cầu phải được nối đất bằng tay ở ngay cửa kiểm tra. Điều này là rất quan trọng để bảo vệ người, chống lại việc đóng điện áp cao do sai lầm nào đó. 2.2.9. Hệ thống cài đặt cơ khí: Các cửa kiểm tra của thiết bị lọc bụi được khoá bởi hệ thống cài đặt cơ khí để chống lại sự mở không khí được phép. Chúng ta có thể mở được sau khi cắt điện áp cao và các phần chịu điện áp cao đã được nối đất. Ngược lại, điện áp cao không thể đóng được nếu chừng nào cửa kiểm tra còn mở và các phần điện áp cao còn được nối đất. 2.2.10. Cơ cấu tách bụi khỏi điện cực: Bụi được lấy ra khỏi điện cực chủ yếu ở dạng khô, đôi khi ở dạng ướt. Bụi được thải ra ở dạng khi được tách khỏi điện cực bằng phương pháp búa gõ. Khi trục dẫn động được quay bởi động cơ điện, búa được va đập vào các đe và lực va đập được truyền vào các cơ cấu rung - các cơ cấu này được gắn liền với các điện cực. Các búa đập được đặt ở các vị trí khác nhau để tránh lượng bụi bị cuốn ra khỏi vì các điện cực được rung cùng một lúc. Chế độ làm việc của cơ cấu rung phụ thuộc đáng kể đến hiệu quả thu bụi của thiết bị (lọc bụi tĩnh điện). ứng với mỗi trường cần xác định để chọn chế độ rung và cường độ đập để tối ưu hoá hệ thống - việ panel điều khiển bởi người vận hành lọc bụi điện. Như vậy, sự rung không tiến hành đồng thời tất cả các điện cực lắng để tránh bụi bị cuốn ra theo dòng khí. 2.2.11. Cơ cấu cách điện: Trong các hộp sứ cách điện - đặt các sứ cách điện, để định hướng các điện cực quầng sáng. Các sứ cách điện làm việc trong điều kiện: nhiệt độ cao, khí bụi, lực cơ học lớn, đặc biệt là ở thời điểm rung động điện cực quầng sáng. Đặt các sứ cách điện trong các hộp riêng rẽ sẽ cải thiện điều kiện làm việc của chúng do giảm được nhiệt độ làm việc, tránh việc xâm nhập của bụi tới lề mặt sứ, đồng thời tránh tổn thất dòng điện. Phụ thuộc vào điều kiện làm việc của thiết bị lọc bụi điện mà vật liệu cách điện có thể là sứ, thạch anh, bakelit và các vật liệu khác, ở lọc bụi tĩnh điện công đoạn nghiền xi măng Hải Phòng sử dụng sứ gốm. Để ngăn ngừa bụi lắng trên bề mặt, bên trong sứ cách điện có các lỗ để hút không khí vào. Khi làm sạch không khí ẩm hộp sứ cách điện được cách nhiệt và sấy nóng bằng điện để tránh sự ngưng tụ hơi nước trên bề mặt sứ. Trên lắp ống sứ thường có bộ phận chống rung cơ học của các điện cực quầng sáng. 2.3. Nguyên lý tạo cao áp lọc bụi: 2.3.1 Sơ đồ khối hệ thống lọc bụi: c điều khiển này có thể cài đặt mềm ở Panel điều khiển Biến áp chỉnh lưu cao thế Búa gõ Sâý Sâý Điện áp cao thế Hình 2.3 . Sơ đồ khối hệ thống lọc bụi - Khối điều khiển PIACS DC (Precipitator Integrated Automatic Control System)được gắn trong tủ điều khiển (control cabinet) sử dụng để tự động điều khiển nguồn điện áp cao, hệ thống gõ và sấy của thiết bị lọc bụi PIACS DC là bộ vi sử lý chứa chương trình điều khiển nguồn vầng quang phù hợp với điều kiện hoạt động. - Máy biến áp/bộ chỉnh lưu (T/R): Tạo ra điện áp 1 chiều cần thiết cho hệ thống lọc bụi. - Búa gõ (Rappers): Làm sạch các tấm thu bụi (rũ bụi). - Bộ sấy sứ E1, E2 và sấy phễu thu bụi E3 (heating): chất rắn, khí bụi. - Thiết bị lọc bụi (ESP). 2.3.2. Sơ đồ khối hệ thống tạo nguồn cao áp một chiều cho lọc bụi: Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ thống tạo điện áp một chiều cho lọc bụi - Phase control thyristors: Điều khiển điện áp xoay chiều - Hight voltgge tank: Máy biến thế chỉnh lưu cao áp. - Linear induetor: Cuộn cảm đảm bảo cho dòng tiêu thụ. - HV Tranformer: Máy biến áp điện áp cao. - HV rectifier: Chỉnh lưu điện áp cao. - AC line: Nguồn xoay chiều. - ESP fied: Trường lọc bụi tĩnh điện. - Firing Unit: Bộ phát xung điều khiển - Divider: Bộ chia áp. - Slumt: Sự phân dòng. - mA sigual: Tín hiệu (dòng) mA. - Fiving angle: Xung điều chỉnh góc mở. - Mean Curent: Dòng trung bình. - PI controller: Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân. - Ersor: Sai lệch. - Interface: Giao diện. - Ref sigual: Tín hiệu chuẩn. - Reference Generator: Bộ tạo tín hiệu chuẩn. - PIACS DC (Precipitator Integrated Automatic Control System) - High voltage power supply controlled by PIACS DS mK.3 2.4. Mô tả sơ đồ PIACS - DC: 2.4.1. Khâu tạo năng lượng cao áp và hệ thống điều khiển tự động PIACS DC: Phần quan trọng của năng lượng cao thế là thiết bị điều khiển tự động. Bởi vì, hoạt động đúng cách của ESP trong những điều kiện vận hành khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng thiết bị điều khiển kết hợp với các thiết bị điện. Thiết bị điều khiển được FLSmithd sử dụng là PIACS DC. - Về cơ bản năng lượng cao thế gồm một cabin điều khiển và một máy biến áp cao thế (sẽ được đề cập ở phần sau). Thiết bị điều khiển được gắn ở trên cửa cabin điều khiển. a. Năng lượng điện: Hình 2.5 : Năng lượng vầng quang Một máy biến áp chỉnh lưu cao thế có thể vận hành trong hai chế độ. Năng lượng điện một chiều truyền thống và năng lượng điện gián đoạn. Hiệu quả thu bụi của một ESP có mối quan hệ mật thiết với năng lượng vầng quang, bởi được cung cấp bởi nguồn điện áp cao của ESP. Hình 2.4 chỉ ra trường hợp điển hình cho thu nhập bụi có điện trở suất thấp. Trong trường hợp này, sự phát xạ của các ngăn sẽ giảm với việc tăng năng lượng vầng quang, điều đó chỉ ra rằng hiệu suất (hiệu quả) thu bụi sẽ giảm tương ứng với năng lượng vầng quang. Năng lượng vầng quang cung cấp tới một trường (lọc bụi) ESP có thể được mô tả bằng mối quan hệ sau: Trong đó: Pc: Là năng lượng vầng quang Vmean: Là điện áp trung bình Vpeak: Là điện áp đỉnh Imean: Là dòng điện trung bình Công thức trên biểu diễn công suất vầng quang liên quan đến dòng trung bình, điện áp trung bình và điện áp đỉnh, trong một trường ESP thông thường: tổng công suất vầng quang bằng công suất trung bình cấp tới mỗi trường. b. Năng lượng một chiều truyền thống: Năng lượng một chiều truyền thống có được với nguồn cấp được mô tả ở trong hình (2.5) Để điều khiển công suất vầng quang, điện áp lưới được điều chỉnh nhờ điều khiển pha của các Thyristor trước khi nó được cấp tới cuộn sơ cấp máy biến áp cao thế. Bằng việc lựa chọn một tỷ lệ điều chỉnh phù hợp, điện áp sơ cấp được tăng lên tới mức mong muốn của điện áp thứ cấp và sau đó được chỉnh lưu bởi bộ chỉnh lưu cần cao thế. Điện áp thứ cấp được chỉnh lưu sau đó được cấp trực tiếp tới một trường của ESP mà không có bộ lọc bổ xung. Điện áp đầu ra có một cực âm, vì thế vầng quang âm sẽ được tạo ở trong hệ thống (phần) lắng bụi. Thông thường một cuộn cảm giới hạn (Ls) được mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp của máy biến áp để tăng trở kháng ngắn mạch của nguồn cấp, mục đích giới hạn dòng điện trong suốt quá trình phóng điện hoặc ngắn mạch trong ESP. c. Nguyên lý cơ bản: Điện áp nguồn ra của nguồn cấp được cấp tới một trường của ESP, được điều khiển bằng cách thay đổi góc mở của các Thyristor - nghĩa là: mở trễ hoặc sớm góc mở tức thời liên quan tới điểm 0 vượt sớm so với điện áp lưới. Nguyên lý được chỉ trong hình 3, với nguồn cung cấp 50Hz. ở đây, chỉ ra dạng sóng nhận được khi các Thyristor được mở ở một thời gian tới 3 ms sau khi vượt qua điểm 0 của điện áp lưới. Điện áp ESP có một đoạn gợn sóng, một sự giao động cần quan tâm xem xét do dung kháng sẵn có của trường lọc bụi và vì không sử dụng bộ lọc của chúng. Điện áp lọc bụi được đặc tính hoá bởi những giá trị (của nó). - Giá trị đỉnh (V0 peak) - Giá trị trung bình (V0 mean) - Giá trị tối thiểu (V0 min) Các mức dòng và áp có thể được giảm bằng cách làm trễ góc mở a0, kết quả là tạo nên một điện áp lọc bụi thấp như được thể hiện trong hình 2.7(a),(b) Các dạng sóng này tương ứng với một thời gian mở 6 ms sau khi vượt qua điểm 0. Bảng 1 biểu diễn số lượng có giá trị liên quan nhiều nhất cho cả hai góc mở. Chúng ta, dễ dàng nhận thấy rằng: điện áp ESP và dòng điện ESP được giảm khi góc mở trễ. Xung ĐK’ góc mở To [ms] 3 6 Dòng điện sơ cấp Iprms [A] 223 145 Dòng điện lọc bụi I0 prms [mA] 1400 920 Io peak [mA] 2350 1800 I0 meak [mA] 1030 576 Điện áp lọc bụi Vo peak [kV] 78 47 V0 mean [kV] 61 35 V0 min [kV] 46 23 Bảng 2.6: Dòng điện và điện áp với hai góc mở Hình 2.7(a)và2.7(b): Dạng dòng điện và điện áp với năng lượng 1 chiều (3ms) 2.4.2. Năng lượng gián đoạn: Năng lượng gián đoạn (IE) đã được giới thiệu ở trên với mục đích tiết kiệm năng lượng và cải tiến hiệu quả thu bụi, đối với các loại bụi có điện trở suất cao và trung bình. Năng lượng gián đoạn nhận được với một thiết bị điện tương tự như đã trình bày ở trên (xem hình 2.5). Sự khác nhau là ở trong các thiết bị điều khiển tự động được lập trình để triệt tiêu một số nửa chu kỳ nào đó của dòng điện sơ cấp nguồn AC cấp cho máy biến áp. Sự triệt tiêu này có được bằng cách không mở các Thyristor điều khiển pha trong các chu kỳ tương ứng. Nguyên lý được minh họa ở các dạng sóng đối với lưới điện 50 Hz. Ví dụ này biểu diễn 6 nửa chu kỳ của tần số lưới và minh họa trường hợp 2/3 các xung dòng bị triệt tiêu. Xung điều khiển góc mở To [ms] IE (DC) Dòng điện sơ cấp Iprms [A] 172 (223) Dòng điện lọc bụi I0 prms [mA] 1080 (1400) Io peak [mA] 3100 (2350) I0 meak [mA] 476 (1030) Điện áp lọc bụi Vo peak [kV] 82 (78) V0 mean [kV] 41 (61) V0 min [kV] 24 (46) Bảng 2.8: Dòng điện và điện áp năng lượng điện IE Bảng này minh họa các sự khác nhau khi so sánh với năng lượng một chiều ở cùng một góc mở: - Giá trị đỉnh của điện áp lọc bụi thì cao hơn. - Giá trị tối thiểu của điện áp lọc bụi thì thấp hơn. - Giá trị trung bình và giá trị rms của dòng lọc bụi được giảm. Giá trị trung bình của dòng điện được giảm do sự triệt tiêu các số xung dòng. Sự triệt tiêu của số xung dòng này được mô tả bởi độ gián đoạn gọi là Nec. Nec được định nghĩa: Nec là số các nửa chu kỳ trong một chu kỳ làm việc được chia bởi số các xung dòng trong khoảng thời gian đó. Giả sử, trong vùng mà xung dòng là như nhau và nếu dòng trung bình nhận được với năng lượng một chiều DC là Idc, dòng trung bình nhận được với năng lượng gián đoạn la IIE được biểu diễn bởi công thức: 2.4.3. Nguyên lý điều khiển cơ bản: Nguyên lý điều khiển sử dụng PIACS DC được minh họa bởi sơ đồ khối trong hình (2.3) ở đây tín hiệu mA được sử dụng như là tín hiệu phản hồi - có nghĩa là dòng điện trung bình của lọc bụi là tham số được điều khiển trong một mạch vòng điều khiển. Nói cách khác, góc mở của các Thyristor được thay đổi bởi một bộ điều khiển (PI) tỷ lệ - tích phân, theo cách mà gần như có thể dòng điện trung bình thay đổi theo một điểm đặt thay đổi của thời gian hợc một tín hiệu đặt. Các xung mở tới các Thyristor được cấp bởi một bộ phát xung, cấp một mức tín hiệu thoả mãn cách ly với nguồn AC. Tín hiệu kV cũng được nối tới thiết bị điều khiển và chủ yếu được sử dụng trong kết nối và phần nhận biết tia lửa điện và phục hồi điện áp như được giải thích trong phần sau. Tín hiệu đặt thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào các giai đoạn điều khiển được lập trình trước. Trong thí dụ này dòng trung bình được tăng một cách tuyến tính với một tốc độ tăng của R, cho tới khi tia lửa điện xuất hiện hoặc đạt tới một giới hạn trên R thông thường được mô tả bằng [%/min]. Trong đó: 100% tương ứng với dòng định mức của T/R. Khi một tia lửa xuất hiện dòng sẽ tự động được giảm bớt một giá trị đặt lại không đổi S. Trong thí dụ này S có một giá trị tuyệt đối được mô tả như là % của dòng định mức (5%). Giả sử ở một mức đánh lửa không đổi, tốc độ đánh lửa có thể để mô tả như một giá trị nghịch đảo của khoảng thời gian giữa hai tia lửa điện Ts. Phần phóng to trong hình 2.7(a),(b) có thể được xem như là tốc độ tăng, được xác định bởi công thức: Sau đó, tốc độ đánh lửa có thể hiện được mô tả bởi công thức: Đẳng thức này chỉ ra rằng tốc độ tia lửa điện cao có thể nhận được khi tăng tốc độ tăng của R và giảm giá trị đặt lại S. Ngược lại.... Trong thí dụ chỉ ở hình 2.7(a),(b), tốc độ tăng R = 100%/min và giá trị đặt lại S = 5%. Khi đó, tốc độ đánh tia lửa điện sẽ là 20 Spark/min. Để duy trì một mức công suất vầng quang cao trong suốt các tình trạng biến đổi khác nhau các tiêu chuẩn sau đây được đưa ra: - Tốc độ tăng R phải cao. - Giá trị đặt lại S phải nhỏ nhất có thể. - Tốc độ tia lửa điện SPR phải cao - nhưng phải nằm trong một giới hạn cho phép. Một giới hạn cho phép của tốc độ tia lửa điện được đưa ra khi vượt qua giới hạn này hiệu quả thu bụi sẽ bắt đầu giảm, vì mất một khoảng thời gian lắng bụi trong quá trình phục hồi điện áp. Hơn thế nữa, khi tốc độ đánh lửa quá cao có thể làm ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của các thiết bị bên trong lọc bụi và các thiết bị cao thế. 2.4.4. Nhận biết tia lửa điện và phục hồi điện áp Một trong những mục đích quan trọng đối với thiết bị điều khiển hiện đại là nhận được sự phục hồi nhanh điện của áp lọc bụi sau khi xuất hiện tia lửa điện. Bằng cách này có thể nâng tối đa hằng số điện áp thời gian tích phân và duy trì một hiệu suất thu bụi cao. Ta có thể phục hồi điện áp nhanh khi: - Trách những khoảng thời gian dừng không cần thiết của các Thyristor điều khiển. - Tăng điện áp đến mức có thể vài nửa chu kỳ tần số lưới. Một vấn đề cũng rất quan trọng để phục hồi điện áp mà không làm tăng số tia lửa điện - có nghĩa là nên tránh hiện tượng “đánh tia lửa chùm”. Sự phục hồi điện áp có mối liên quan khá gần với việc nhận biết tia lửa điện, khía cạnh này sẽ được mô tả ngắn gọn ở phần dưới đây. a. Nhận biết tia lửa điện: Các tia lửa điện có thể được chia làm hai loại theo mật độ của chúng. - Tia lửa điện sáng, ở đó điện áp tức thời của lọc bụi tăng tới một mức nhất định sau khi đánh lửa trong một khoảng thời gian rất ngắn. - Tia lửa điện chùm, ở đó điện áp tức thời của lọc bụi duy trì ở mức thấp sau khi đánh lửa trong một giai đoạn thời gian. Cả hai loại tia lửa điện đều được xem như là tia lửa điện loại 1 khi sử dụng thiết bị điều khiển PIACS DC theo bản vẽ phác nguyên lý trong hình 8.a; 8.b. - Các đường cong tia lửa điện có thể xuất hiện bên trong ESP, đặc biệt trong điều kiện phần cơ khí lắp đặt kém hoặc trong tình trạng hoạt động “rất” bất bình thường. Trong trường hợp này thiết bị điều khiển PIACS DC nhận biết đường cong tia lửa điện nếu điện áp lọc bụi thấp hơn giới hạn thấp đặt trước và không được tăng trên mức này trong hai nửa chu kỳ tiếp theo của tần số lưới. b. Phục hồi điện áp: Vấn đề phục hồi điện áp lọc bụi trong vài nửa chu kỳ của tần số lưới mà không cần tạo các thời gian ngắt (giữa chừng) tương đối phức tạp. Một trong những vấn đề khó khăn là xác định “mục đích yêu cầu”. Vấn đề tiếp theo là tìm giá trị góc mở và sẽ cung cấp cho ta mức mục đích yêu cầu này. Kinh nghiệm chỉ ra rằng “mức mục đích yêu cầu” là xấp xỉ giá trị đỉnh trước khi xuất hiện tia lửa điện PIACS DC xác định góc mở yêu cầu bằng một đường cong lập trình trước chỉ ra góc mở. Do đó, giải pháp được thực hiện trong PIACS DC, như sau: - Mạch vòng điều khiển mở trong trường hợp xuất hiện tia lửa điện và đạt tới góc mở phù hợp theo (mức mục đích yêu cầu) và đường cong A được lập trình sẵn. - Mạch vòng điều khiển kín sau 3 nửa chu kỳ và giá trị đặt lại yêu cầu được thực hiện. - PIACS DC tiếp tục điều khiển dòng định mức sau khi giá trị đặt lại được thực hiện. . Người ta quan sát thấy rừng: điện áp lọc bụi tăng nhanh mà không xuất hiện bất kỳ một tia lửa điện hoặc đường cong tia lửa điện mới nào. Người ta cũng nhận thấy rằng thiết bị điện không bị quá tải khi dòng sơ cấp thấp hơn giá trị định mức. 2.4.5. Nhận biết vầng quang phân ngược và điều khiển công suất vầng quang: Sự xuất hiện vầng quang phản ngược trong một trường của lọc bụi thông thường được xác định bởi việc kiểm tra đường cong i - u tương ứng dựa trên giá trị trung bình. Điện áp tối thiểu bắt đầu giảm khi dòng tăng dần lên một mức nhất định đây là một dấu hiệu của vầng quang phản ngược. Tuy nhiên, phương pháp này không thực tế vì nó yêu cầu hạ thấp mức dòng điện để tìm được điểm (linh động), bởi lý do này phương pháp điều khiển PIACS DC cũng thường được sử dụng trong giá trị tối thiểu của điện áp lọc bụi bằng việc so sánh giá trị của nó trước và sau khi xuất hiện tia lửa điện. Vầng quang phản ngược sẽ tồn tại nếu giá trị phản ngược sau khi xuất hiện tia lửa điện cao hơn giá trị xuất hiện tia lửa điện. Phương pháp này có ưu điểm là không cần thiết giảm các mức công suất do sử dụng các tia lửa điện. PIACS DC đã kết hợp kiểu nhận biết này và các hoạt động điều khiển nó bao gồm việc tăng độ gián đoạn Nec 2 lần Trong những trường hợp “không xuất hiện tia lửa điện” một giai đoạn khoá các Thyristor khoảng 1s xuất hiện. Sau đó giá trị tối thiểu của điện áp sau khoảng thời gian khoá Thyristor được so sánh với giá trị tương ứng trước giai đoạn khoá Thyristor tương tự như được mô tả ở trên. 2.4.6. Ngắt gián đoạn hệ thống búa gõ (POR): Dựa trên những kết quả khả quan nhận được trong việc sử lý khí thải công nghiệp khác chức năng này cũng được thực hiện bằng các thiết bị điều khiển PIACS DC như một đặc điểm tiêu chuẩn. Nguyên lý một chu kỳ gõ của các tấm thu bụi bao gồm một thời gian ngắt và một thời gian đóng, về cơ bản chức năng POR sẽ ngắt dòng điện cấp tới một trường lọc bụi trong một giai đoạn thời gian đặt trước suốt quá trình gõ của các tấm thu bụi “1/n” chu kỳ gõ. Giá trị “n” có thể được đặt giữa 1 và một số lớn hơn, vì thế công suất vầng quang nếu muốn, có thể được ngắt chỉ một lần trong một ngày. Ta có thể điều khiển thời gian đóng; ví dụ: Giai đoạn trong suốt quá trình chức năng POR được kích hoạt (t - ON POR) và bắt đầu ngay lập tức khởi động hệ thống hoá gõ của hệ thống lọc bụi (t - POR Delay). Các giai đoạn được đề cập ở trên tương đương với chế độ gọi là (Mod 1). Ta cũng có thể lựa chọn một chế độ mới (Mod 3), bao gồm trong hai giai đoạn hệ thống búa gõ làm việc (rapping ON), ở đây chức năng POR được thực hiện trong giai đoạn ON hệ thống búa gõ làm việc thứ 2. 2.4.7. Chế độ điện trở cao (HRM): PIACS DC bao gồm một bộ tham số lựa chọn dựa trên 5 tham số chủ yếu. Một bộ tham số thông thường được sử dụng trong điều kiện làm việc bình thường và một bộ tham số lựa chọn làm việc trong tình trạng điện tử suất cao. Đây là lý do tại sao? Bộ tham số này được gọi là bộ tham số HRM các tham số liên quan và chuyển đổi giữa hai bộ tham số sử dụng một đầu vào số 2.4.8. Vận hành với dòng điện giảm (RCO): PIACS DC bao gồm một giới hạn trên của dòng điện lựa chọn, được kích hoạt bởi một đầu vào số. Chức năng này được sử dụng trong suốt thời gian hàm lượng khí CO tăng cao, ví dụ: như trong lọc bụi tĩnh điện của một số lò xi măng. 2.4.9. Bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều một pha: Hình 2.9: Sơ đồ 2 thyristor mắc song song ngược a2 p l a 2p t t t t1 a1 it Ut UL Hình 2.10(a). Dạng đồ thị điện áp và dòng điện Ut = U1.; I = i (q) = Z = sin ( để tính l (thời gian dẫn điện của Thyristor) Hình 2.10(b). Điều khiển tự động dòng điện lọc bụi Chương 3: tính toán cấu trúc hệ thống điều khiển kín 3.1. Tính toán kiểm tra máy biến áp - Công suất biểu kiến MBA: S = Ks.Pd = 1,23.100.103.0,3 = 36,9 kVA = 36900 VA - Điện áp dãy sơ cấp MBA. U1 = 380 v - Điện áp pha thứ cấp MBA. U2 = 100.103 v - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA. A - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA: - Tiết diện sơ bộ trụ - Đường kính trụ: Chuẩn hoá đường kính trụ: d = 15 cm - Chọn thép 330, các lá thép có độ dầy 0,5 mm Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1T - Chọn tỷ số m = h/d = 2,147 Suy ra: h = 2,147.d = 2,147.15 = 2205 cm Chọn chiều cao trụ: h = 35 cm - Số vòng dày sơ cấp MBA. vòng - Số vòng dây thứ cấp MBA: vòng - Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA. Với dây dẫn bằng đồng, MBA, dẫn, chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2 - Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA. mm2 - Tiết diện đây dẫn thứ cấp MBA. - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp. - Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp. - Đường kính trong của cuộn dây cấp điện Dt = dFe + 2a01 - 2S01 = 15 + 2.1,0 = 16,8 cm - Đường kính trong của cuộn sơ cấp: DA1 = dt + 2.S01 = 16,8 + 2.0,6 = 17 cm - Bề dày cuộn sơ cấp. Bd1 = (a1 + 2Bd1 = 17 + 2.1,68 = 20,36 cm - Đường kính trung bình của cuộc sơ cấp. - Chiều dài dãy quấn cuộn sơ cấp. l1 = W1 . p . Dtle1 = 105.p.18,68 = 6158, 8cm = 61,6cm - Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp h2 = h1 = 32,42 cm - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp lớp - Chiều cao thực tế của cuộc thứ cấp. cm - Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2a12 = 20,26 + 2.1,0 = 22,36 cm - Bề dày cuộn thứ cấp. Bd2 = (a2 = Cd22). n12 = (0,04+0,01).42 = 2,1 cm - Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2Bd2 = 22,36 + 2.32,3 = 26,56 - Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp. - Chiều dài dây quấn thứ cấp l2 = p. W2 . Dtb2 = p.31735.24,46 = 2437387,6 cm ằ 24373,9 m - Đường kính trung bình cuộn dây: - Điện trở cuộn dây sơ cấp: - Điện trở cuộn dây thứ cấp: - Điện trở thứ cấp qui đổi về sơ cấp. - Điện kháng MBA qui đổi về sơ cấp: - Điện cảm của MBA qui đổi về sơ cấp: 3.2. mô tả toán học, thành lập sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện Từ sơ đồ nguyên lý hệ thống, xây dựng được sơ đồ khối hệ thống điều khiển dòng điện như hình 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện Trong đó: RI: Bộ điều chỉnh dòng điện Wda: Hàm truyền bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều Wba: Hàm truyền máy biến áp cao áp Wu: Hàm truyền bộ chỉnh lưu cần một pha cao áp Wt: Hàm truyền tải (lọc bụi) Wki: Hàm truyền bộ phản hồi dòng điện. 3.3. Tính toán hàm truyền hệ thống 3.3.1. Hàm truyền bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3.3.2. Hàm truyền máy biến áp: Trong đó: và 3.3.3. Hàm truyền bộ chỉnh lưu cao áp dùng điốt Wcl = = 0,9. 3.3.4. Hàm truyền bộ lọc (tải): Trong đó: (Bỏ qua) và Coi tải là thuần trở lên điện trở tải: Rt = Điện trở tải quy đổi về sơ cấp KL = => WL = 3,3 . 10-6 3.3.5. Hàm truyền bộ phản hồi dòng điện Ti = 0,001 s (chọn) ........ phản hồi 3.3.6. Hàm truyền bộ điều chỉnh RI Tính mạch vòng dòng điện và sơ đồ nguyên lý RI K0i = Kđa . Kba . KcL . KL . Ki = 38.263,157.0,9.3,3.10-6.33,3 ằ 1 TSi = Tđa + Ti = 0,005+0,001 = 0,006s Tba = 0,038s Tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu môdule ta có RI là khâu PI Hàm truyền kín của mạch cùng dòng điện FkI = RI = Chọn: ts =Tsi RI = => RI = Sơ đồ cấu trúc et 10V - 5V 0,3A Ta có mạch tạo nên khâu PI Uđk + - R1 R1 Uid Ui R2 C Hình 3.2: Sơ đồ bộ điều khiển RI Ta có: R1C = 0,012 Chọn C = 1mF => R1 = 12kW và R1C = 0,038 => R2 = 38kW Chương 4 : Thiết kế bộ điều áp xoay chiều một pha 4.1. Sơ đồ mạch động lực điều áp xoay chiều một pha Hình 4.1. Sơ đồ mạch động lực điều áp xoay chiều một pha 4.1.1 Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha tải R- L Khi tải là R- L, góc lệch pha của tải j = arctg làm giảm sự biến thiên của j. a. Khi j < a <p) [1] Thyristor T được mới ở wt = j . Từ thời điểm này phương trình của mạch là: L. Nghiệm dòng điện i có biểu thức: i = if + iL = Với: Z = và tg j = Thành phần iL âm bởi vì j' > j, dòng điện triệt tiêu là Thyriston bị khoá khi t = t1: wt1 < P + j <a + j Hình4.2. Dạng sóng điều áp một pha tải R - L Khi góc mở mối j <j < P ở thời điểm t = T/2 + To, thyristor T2 có điện áp âm và nhận một xung trên cực điều khiển làm cho T trở nên dẫn và có dòng điện chạy qua tương tự như đối với nửa chu kỳ dương của điện áp. Trên hình 4.2 đồng thời cùng vẽ đường cong dòng điện và điện áp ngược đạt trên thyristor. Khi a > P, các thyristor luôn bị khoá bởi vì xung mới đến khi điện áp UAK luôn âm. Khi j = j thành phần hàm mũ của i bằng không, dòng điện hình sin và nối trực tiếp nguồn với tải. Như vậy khi thay đổi góc nối j giữa j và P, dòng điện hiệu dụng thay đổi từ 0 đến cực đại bằng V/Z. b. Khi a < j Khi a < j, sự hoạt động của bộ điều áp phụ thuộc vào tín hiệu đưa vào cực điều khiển. - Nếu xung mồi rất ngắn (hình 4.3) Thyriston nhận được xung mồi đầu tiên và được mở, dòng điện i cho bởi biểu thức. i = if + iL = - (4.2) Hình 4.3. Điều áp xoay chiều một pha, tải R- L hoạt động không bình thường Bây giờ thành phần dòng cưỡng bức if và iL cùng dấu. Dòng điện triệt tiêu khi wt1> P + j, do đó lớn hơn j + P. Xung đến cực điều khiển của Thyristor T2 ở thời điểm khi Thyristor này có điện áp UAK âm, do điện áp rơi trong T đang dẫn đã đổi dấu, và do vậy T2 không được mỗi trên cực điều khiển của T' nữa vì lý do đó trên đó làm việc không bình thường như chỉnh lưu một nửa chu kỳ, một nửa chu kỳ dòng điện biến mất một cách đột ngột. Dòng điện I chuyển từ v/z sang v/z (hình 4.3). - Nếu xung mồi có độ rộng đủ lớn (hình 4.4) giả thiết dẫn đầu tiên và còn dẫn ở thời điểm t = t1 như trước. Hình 4.4. Bộ biến áp một pha, tải R - L, xung điều khiển đủ rộng Khi t = t1, điện áp Uđk của T2 trở thành dương và trên cực điều khiển của nó vẫn có xung mồi từ thời điểm t = (p + 4)/w, do vậy T2 dấn. Thành phần iL trong biểu thức của i vấn như trong trường hợp T’ dấn. Cũng vậy, khi t = t2, T sẽ dần trở lại. Sau một vài chu kỳ thành phần iL mất đi và dòng điện i trùng với dòng cưỡng bức hình sin if. Việc chuyển từ góc a < j không tạo nên hoạt động không bình thường nữa, trị số hiệu dụng I vấn bằng V/Z, bộ điều áp làm việc như một khoá chuyển mạch đúng thường xuyên như khi a = j 4.1.2. Đặc tính điều khiển: Với tải thuần trở j = 0 và tải R - L (0 < j < p/2), góc wt1 = q1 kết thúc dần của Thyristor T cho bởi phương trình: Sin (q1 - j).eq1/Q = sin (y - j).ey/Q (4.3) Trong đó: Q = w.L/R Trị số hiệu dụng V’ của điện áp trên tải là: (4.4) Điện áp trên tải V’ biến thiên từ V đến 0 khi y từ j đến p. Khai triển fourier của điện áp trên tải ta thấy, ngoài điều hoà cơ bản tần số w còn có mặt tất cả các điều hoà bậc lẻ. Trên hình (4.5) ta thấy, khi j = 0 và j = p/4 thì biến thiên theo y: của trị hiệu dụng điện áp ra V’, của trị hiệu dụng sóng cơ bản điện áp ra V’1, của thành phần bậc 3, 5, 7: V’3, V’5, V’7 tính theo V’. Trong các thành phần điều hoà thì điều hoà bậc 3 lớn hơn sóng cơ bản. Dòng điện cơ bản và các dòng điện điều hoà được xác định theo công thức: ; (4.5) Ta nhận thấy khi tải điện cảm, vai trò các điều hoà dòng điện bậc cao cũng giảm. Tuy nhiên bộ điều áp xoay chiều tiêu thụ công suất phản kháng ở sóng cơ bản ngay cả khi tải thuần trở, do góc mới trễ, dòng điện vấn chậm pha sau điện áp. Trên hình (4.5) biểu diễn biến thiên của các loại công suất thu góc mới y đối với tải thuần trở và tải R - L, trong đó: S = V.I là công suất của lưới là công suất biến dạng P = V.I1.cosj1 là công suất tác dụng Q1 = V.I1 sinj1 là công suất phản kháng Các biểu đồ tính theo công suất biểu kiến S0 = V2/2 Hình 4.5. Đặc tính điều khiển Hình 4.6. Đặc tính công suất theo góc mở j 4.1.3. Tính chọn thông số mạch động lực Tính chọn thyristor: Số liệu Uđm = 380V, Iđm = 79A - Điện áp ngược trên mỗi thyristor phải chịu Unm = - Giá trị trung bình của dòng điện trong mỗi thyristor Id = Phải chọn Thyristor 1. Chịu được điện áp ngược U'nm = 1,6.535,8 = 857,28V 2. Chịu được dòng trung bình Imax = 1,2 . 39,5 = 47,4 A Từ U'nm = 587,28 V và Imax = 47,4A ta chọn thyristor loại N0 29RH12 do hãng WEST sản xuất, có các thông số kỹ thuật như sau: It = 48 A Igt = 100mA=0,1A Vgt = 3V Vdrm = 1200V Tc = 960C Itav = 30 A 4.2. Thiết kế mạch điều khiển điều áp xoay chiều 1 pha: Như đã biết, để các Thyristor có thể mở tại các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận, thì trên cực điều khiển và cựcKatot của Van thyristor phải có 1 điện áp điều khiển. Để có hệ điều khiển các tín hiệu xuất hiện đúng theo yêu cầu mở thì ta phải sử dụng một mạch điện tạo ra các tín hiệu đó. Mạch điện để tạo ra các tín hiệu điều khiển được gọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển điện áp xoay chiều một pha. Điện áp điều khiển các thyristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ, thời gian tồn tại. Các thông số cần thiết của tín hiệu điều khiển được cho sẵn trong các tài liệu tra cứu về thyrstor. Do đặc điểm của thyrstor là khi van đã mở thì việc còn tín hiệu điều khiển nữa hay không, không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì vậy để hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiểnvà tổn thẩt trên vùng điện cực điều khiển phải tạo ra các tín hiệu điều khiển có các dạng xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển. Các xung điều khiển được tính toán về độ dài xung sao cho đủ thời gian cần thiết để mở van với mọi loại phụ tải 200 – 600ms. 4.2.1. Sơ đồ khối mạch phát xung điều khiển UđkT FXRC SS KĐX ĐBH Uđk 1 2 3 4 5 Hình 4.7 sơ đồ khối mạch phát xung 1. Khâu đồng bộ hoá(ĐBH) 2. Khâu phát xung răng cưa Urc 3. Khâu so sánh ( SS ) 4. Điện áp điều khiển(Uđk) 5. Khếch đại xung(KĐX) Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch lực được đưa đến mạch đồng pha của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng pha ta có các điện áp không sin có kí hiệu là Uđp. Các điện áp đồng pha đưa vào mạch tạo điện áp đồng bộ(1) và đầu ra của mạch tạo điện áp đồng bộ có dạng hình chữ nhật và điện áp này được kí hiệu Uđb. Tín hiệu điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện răng cưa(2) để khống chế sự làm việc của mạch điện này, kết quả là trên đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa(2) có một hệ thống các điện áp hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha của điện áp đồng bộ, các kí hiệu là URC. Tín hiệu điện áp răng cưa được đưa vào khối so sánh(3) và ở đó còn có một tín hiệu khác nữa là điện áp điều khiển một chiều điều chỉnh được và được đưa từ ngoài vào(hoặc tín hiệu phản hồi)(4) hai tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch vào khối so sánh(3) là ngược chiều nhau; Khối so sánh(3) làm nhiệm vụ so sánh 2 tín hiệu này và tại nhiều thời điểm 2 tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khâu so sánh(3) sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy khối so sánh là 1 mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự – Số. Do tín hiệu cửa ra của mạch so sánh(3) là tín hiệu số nên chỉ có 2 giá trị có hoặc không. Tín hiệu ra khối SS (3) là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của xung răng cưa, nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của 1 xung nằm trong vùng sườn xung nào của URC thì sườn xung ấy của URC được gọi là sườn sử dụng. /URC/ = /Uđk/ ở phần sườn sử dụng trong 1 chu kỳ của điền áp xoay chiều thì trên đầu ra khối so sánh bắt đầu xuất hiện một xung điện áp. Vì vậy có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung của xung đầu ra khối SS(3) bằng cách thay đổi giá trị của điện áp điều khiển(Uđk) khi giữ nguyên dạng URC. Trong một số trường hợp thì xung ra của khối SS (3) được đưa đến cực điều khiển của thyristor, nhưng trong đa số trường hợp thì tín hiệu ra khối SS(3) chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển thyristor. Để có tín hiệu yêu cầu người ta thực hiện việc khuyếch đại thay đổi hình dạng xung bằng mạch tạo xung cuối cùng trên đầu ra khối khuếch đại xung(5) có chuỗi xung điều khiển có đủ các thông số yêu cầu về công suất, độ dài thời điểm xuất hiện xung hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối so sánh. Khối so sánh đóng vài trò xác định giá trị góc điều khiển . 4.2.2 Sơ đồ mạch nguyên lý: a. Sơ đồ(Hình 4.8) b. Nguyên lý hoạt động Chỉnh lưu một pha hình tia cấu tạo từ MBA( máy biến áp) và 2 Điot D1 và D2 được thể hiện trên sơ đồ nguyên lý. Thứ cấp máy biến áp gồm 2 nửa cuộn dây, mỗi cuộn dây có giá điện áp bằng nhau nhưng ngược pha nhau 1800. Nửa chu kỳ đầu D1 thông, nửa chu kỳ tiếp theo D2 thông. Điện áp chỉnh lưu tại điểm A(UA) được so sánh với điện áp U1 lấy trên biến trở R1, tại thời diểm UA =U1 đổi dấu điện áp ra của khuếch đại thuật toán A1. Kết quả ta có chuỗi xung chữ nhật không đối xứng UB. ở đây tồn tại độ rộng xung âm của UB, phần dương tích phân qua A2 thành điện áp răng cưa, phần âm rất hẹp của UB xả tụ tạo sườn sau điện áp răng cưa. Trong vùng làm mất xung điều khiển do không có điện áp răng cưa, do đó càng giảm góc càng tốt . Điện áp răng cưa UC được đưa vào đầu đảo của A3 và được so sánh với điện áp điều khiển : Nếu Uđk> Urc đầu ra của khuếch đại thuật toán U3A có điện áp âm . Nếu Uđk< Urc đầu ra của khuếch đại thuật toán U3A lật lên điện áp dương. Kết quả đầ ra A3có dạng xung vuông. Điên áp đầu ra của A3 kết hợp với chuỗi xung chùm E có tần số cao được lấy từ mạch đa hài A4 , 2 tín hiệu này cùng được đưa đến khâu V (cổng AND hai đầu vào) kết quả tại điểm F cho chuỗi xung dương có biên độ và thời gian như xung đầu ra mạch so sánh. Cổng AND V1 có tín hiệu ra khi đồng thời đầu ra UF có xung và UG >0. lúc đó biến áp xung BA1 có xung điều khiển Tr2. Cổng AND V2 có tín hiệu ra khi đồng thời đầu ra UF có xung và UG >0. lúc đó biến áp xung BA2 có xung điều khiển Tr4. Kết quả là Tr2 được cấp xung điều khiển khi UG>0 trùng với UV >0, Tr4 được cấp xung khi UF >0 trùng với UV<0 Nếu các xung điều khiển bị dich pha 1800 có thể đảo dấu điện áp vào của biến áp đồng pha hoặc đổi dấu cấp vào của A5 hoặc A6. 4.2.3. Tính toán các thông số mạch điều khiển: Sơ đồ điều khiển điện áp xoay chiều một pha được thiết kế theo sơ đồ ở hình (4.8) Tính toán mạch điều khiển được tiến hành từ tầng khuyếch đại xung ngược trở lên. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu vì xung mở Thyristor. Các thông số để tính mạch điều khiển: Điện áp điều khiển Thyristor: Uđk=3,0V Dòng điện điều khiển Thyristor: Iđk=0,1A Tần số xung điều khiển: Fx=3 kHz Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U=± 12V a. Tính biến áp xung: + Chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần đặc tính từ hoá có DB = 0,3T; DH = 30 A/m, không có khe hở không khí. + Tỷ số biến áp xung: thường m = 2 á 3, chọn m = 3 + Điện áp cuộn thứ cấp MBA xung: U2 = Uđk = 3V + Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung: U1 = m.U2 = 3.3 = 9V + Dòng điện thứ cấp MBA xung: I2 = Iđk = 0,1A + Dòng điện sơ cấp biến áp xung: + Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: Trong đó: m0 = 1,25.10-6 H/m là độ từ thẩm của không khí. + Thể tích của lõi thép cần có: Thay số: V = 0,834.10-6 m3 = 0,834 cm3 Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 cm3. Với thể tích đó ta có kích thước mạch từ như sau: a = 4,5 mm; b = 6 mm; Q = 0,27 cm2 = 27 mm2 d = 12 mm; D = 21 mm Chiều dài trung bình mạch từ l = 5,2 cm Hình 4.10. Hình chiếu lõi máy biến áp xung + Số vòng dây quấn sơ cấp MBA xung Theo định luật cảm ứng điện từ vòng + Số vòng dây quấn thứ cấp MBA xung: vòng + Tiết diện dây quấn thứ cấp: mm2 Chọn mật độ dòng điện J1 = 6A/mm2 + Đường kính dây quấn sơ cấp: mm Chọn d1 = 0,1 mm + Tiết diện dây quấn thứ cấp mm2 Chọn mặt độ dòng điện J2 = 4A/mm2 + Đường kính dây quấn thứ cấp: mm Chọn dây quấn có đường kính d2 = 0,18 mm + Kiểm tra hệ số lấp đầy: Klđ = Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết b. Tính tầng khuyếch đại cuối cùng: Hình 4.11 Sơ đồ mạch tầng khuếch đại cuối cùng Chọn Tranzito công suất Tr3 loại 2N2222 làm việc ở chế độ xung, có các thông số sau: Tranzito loại NPN, vật liệu bán dẫn là Si Điện áp giữa Colectơ bazơ khi hở mạch Emitơ: UCBO = 40V Điện áp giữa Emitơ và bazơ khi hở mạch Colectơ: UEBO = 4V Dòng điện lớn nhất colectơ có thể chịu đựng: Icmax = 500 mA Công suất tiêu tán ở colectơ: PC = 1,7W Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: T1 = 1750C Hệ số khuyếch đại: b = 50 Dòng làm việc của colectơ: Ic3 = I1 = 33,3 mA Dòng làm việc của bazơ: Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé: Uđk = 3V, Iđk = 0,1A nên dòng colectơ - bazơ của Tranzito Tr3 khá bé, trong trường hợp này ta không cần Tranzito Tr2 mà vẫn có đủ công suất điều khiển Tranzito. Chọn nguồn cấp cho MBA xung: E = + 12. Tất cả các điot trong mạch đều dùng loại 1N4007 có tham số: Dòng điện định mức: Iđm = 10 mA Điện áp ngược lớn nhất: UN = 25V Điện áp để cho điôt mở thông Um = 1V Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazơ của Tranzito Tr2, chọn R9 thoả mãn điều kiện: Chọn: R9 = 6,8 kW c. Tính chọn bộ tạo xung chùm: Hình 4.12 sơ đồ bộ tạo xung chùm Mạch điều khiển điều áp xoay chiều cần 6 khuyếch đại thuật toán, do đó ta chọn 3IC loại TL 084ID do hãng Texa Intruments chế tạo, các IC này có khuyếch đại thuật toán. Thông số của TL 084ID Điện áp nguồn nuôi: Vcc = + 18V, chọn Vcc = + 12 Hiệu điện thế giữa hai đầu vào + 30V Nhiệt độ làm việc: T = -25 á 850C Công suất tiêu thụ: P = 680 mW = 0,68 W Tổng trở đầu vào: Rin = 106 MW Dòng điện đầu ra: Ira = 30 pA Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: Mạch tạo xung có tần số hay chu kỳ của xung chùm Ta có: Chọn R17 = R16 = 33 kW thì T = 2,2.R9.C2 = 334 ms Vậy R9.C2 = 151,8 ms Chọn tụ C2 = 1 ms có điện áp U = 16V ị R15 = 1,518k W Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch, ta chọn R9 là biến trở 2 kW. d. Tính chọn tầng so sánh: Hình 4.13 Sơ đồ mạch so sánh Khuyếch đại thuật toán đã chọn loại TL 084ID Chọn R7 = R6 > Trong đó nếu nguồn nuôi Vcc = 12V thì điện áp vào A3 là: UV ằ 12V. Dòng điện vào được hạn chế để Ilv < 1 mA. Do đó ta chọn R7 = R6 = 15 kW, khi đó dòng vào A3: e . Tính chọn khâu đồng pha: Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C1. Mặt khác để bảo đảm điện áp tựa có trong nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tình thì hằng số thời gian tụ nạp được tính : Tr1=R5.C1=0.005 S Chọn tụ C1=1(F) điện trở R5`=Tr/C1=0.005/0.1.10-6 Vây R5=50.103=50k Chọn Tr1 loại Điện áp giữa Colectơ bazơ khi hở mạch Emitơ: UCBO = 25V Điện áp giữa Emitơ và bazơ khi hở mạch Colectơ: UEBO = 7V Dòng điện lớn nhất colectơ có thể chịu đựng: Icmax = 100 mA Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: T = 1750C Hệ số khuyếch đại: b = 250 Dòng làm việc của bazơ: Điện trở R3 để hạn chế dòng đi vào Bazơ Tr1. Chọn R4> UN Max/IB= 12/0.4.10-3 Chọn R4=30k Chọn điện áp xoay chiều đồng pha Uđp=9 V Điện trở R2 đẻ hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại thuật toán, thường chọn R3 sao cho dòng đi vào khuếch đại thuật toán IV<1mA R3> UA/IV=9/1.10-3k f. Tạo nguồn nuôi: Ta cần tạo ra nguồn điện áp + 12V để cấp cho MBA xung, nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện. Hình 5.13. Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi ± 12V. Ta chọn mạch CL cầu 3 pha dùng Điôt, điện áp thứ cấp MBA nguồn nuôi: ; ta chọn M2 = 9V Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi, ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912 các thông số chung của vi mạch này như sau: Điện áp đầu vào: MV = 7 á 35V Điện áp đầu ra: Ura = + 12V với IC 7812 ; Mra = -12V với IC 7912 Dòng điện đầu ra: Ira = 0 á 1A Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470mF; U = 35V g. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha: - Ta thiết kế MBA dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi. Chọn MBA kiểu 3 pha 3 trụ, trên mỗi trụ có 3 cuộn dây, 1 cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp. - Điện áp lấy ra ở thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha lấy ra thứ cấp làm nguồn nuôi: U2 = U2đph = UN = 9V - Dòng điện thứ cấp MBA đồng pha I2đph = 1 mA - Công suất nguồn cung cấp cho MBA xung Pđph = 2U2đph . I2đph = 2.9.1.10-3 = 0,018W - Công suất tiêu thụ ở 3ICTL 084 khi sử dụng làm KĐTT, ta chọn 1IC 084 để chọn 4 cổng AND P4IC = 4PIC = 4.0,68=2,72 W - Công suất BAX cấp cho cực điều khiển Thyristo Px = 2Mđk . Iđk = 2.3.0,1 = 0,6 W - Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = Pđph + P4IC + Px = 0,018 + 2,72 + 0,6 = 3,338 W - Công suất của MBA có kể đến 5% tổn thất trong máy: S = 1,05 (Pđph + PN) = 1,05 (0,018 + 3,374) = 3,5238 VA - Dòng điện thứ cấp MBA - Dòng điện sơ cấp MBA - Tiết diện trụ MBA được tính theo công thức kinh nghiệm: Trong đó: KQ = 6 là hệ số phụ thuộc và phương thức làm mát m = 3 là số trụ của MBA, f = 50 tần số điện áp lưới Chuẩn hoá tiết điện trụ theo bảng ở tài liệu [7] QT = 0,92 cm2 Kích thước mạch từ là thép dày d = 0,5 mm Số lượng lá thép: 42 lá; a = 12 mm, b = 16 mm, h = 30 mm Hệ số ép chặt ke = 0,85 - Chọn mật độ từ cảm B = 1T ở trong trụ, ta có số vòng dây sơ cấp. mm3 Đường kính dây quấn sơ cấp mm Hình 5.14: Kích thước mạch từ máy biến áp Chọn d1 = 0,1 mm để đảm bảo độ bền cơ. Đường kính có kể cách điện d1ed = 0,12 mm - Số vòng dây thứ cấp: vòng - Tiết diện dây quấn thứ cấp: mm2 - Đường kính dây quấn thứ cấp: - Chuẩn hoá đường kính: d2 = 0,3 mm Đường kính kể đến cách điện: d2 = 0,35 mm - Chọn hệ số lấp đầy k1 = 0,7 với klđ - Chiều rộng cửa sổ: - Chiều dài mạch từ: L = 2C + 3a = 212 + 3.12 = 60mm - Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 30 + 2.12 = 54mm h. Tính chọn điốt cho bộ CL nguồn nuôi: + Dòng điện hiện dụng qua điốt. IDhđ = + Điện áp ngược lớn nhất mà điốt phải chịu Mnmax = + Chọn điốt có dòng định mức: Iđm > Ki. IDđm = 10.0,1 = 1,1 A Chọn điốt có điện áp ngược lớn nhất Un = ku.Unmax = 2.22 = 44 V Chọn điốt loại IN4007 có các thông số sau: Dòng điện định mức: Iđm = 1,5A Điện áp ngược max của điốt: mn = 100 v Kết luận Lọc bụi tĩnh điện là một thiết bị được sử dụng rộng rãi và rất quan trọnh trong các nghành công nghiệp Ngày nay, vấn đề môi trường đang rất được xem trọng thì lọc bụi lại càng đóng vai trò quan trọng hơn trong đời sống kinh tế. Lọc bụi bụi tĩnh điện với ưu thế vượt trội so với các loại lọc bụi khác, vì vậy đang được sử dụng rộng rãi. Sau thời gian thực tập tại tại công ty xi măng Hải Phòng. Em đã chọn đề tài” Tìm hiểu, thiết kế mạch điều khiển điều áp xoay chiều lọc bụi tĩnh điện công đoận nghiền xi măng của công ty xi măng Hải Phòng”. Trong quá trình viết đồ án, em có làm mô hình thực tế mạch điều khiển nhưng với năng lực của bản thân lên mô hình đã không đạt được kết quả như mong muốn, rất mong các thầy ,các cô tận tình chỉ bảo để sau này khi ra làm việc thực tế có kết quả tốt. Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Kim Thanh đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành các ơn các thầy , cô giáo trong khoa đã giúp đỡ tận tình chỉ bảo để trang bị cô em những kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình học tập, tu dưỡng tại trường và cũng cảm ơn các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Sinh viên thực hiện Khắc Thanh Hùng ` Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Bính(1996), Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học- kỹ thuật [2]. Trần Văn Thịnh((2006), Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất, Nhà xuất bản giáo dục [3]. Đỗ Xuân Thụ(2003), Kĩ thuật điện tử, Nhà xuất bản giáo dục [4]. Phạm Văn Bình (1999), Thiết kế máy biến áp, Nhà xuất bản khoa học- kĩ thuật [5]. Mr. Thomas( 1993), Electrostatic precipitator( manual for piacs DC control unit for HV – Supply and rapping system), FLS miljo. [6]. Nguyễn Minh Tuấn(2003), Tài liệu huấn lyện lọc bụi tĩnh điện, Tổng công ty Xi Măng. A4 R9 + - - + BAX U1 R7 C2 Tr1 R2 VR1 R8 D4 C1 R6 D1 E B R1 F Tr3 - BAĐP R10 R3 + C D4 + - V V1 A D + - R4 D3 A2 A3 A1 T2 Tr2 R5 UV T1 R10 - UĐK V2 D2 H + D4 R12 G + - R11 + - D4 A5 A6 R13 Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung điều khiển t t t UB UC Uđk UD t t UE UF UG UH UXT1 UXT2 t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0