Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ
thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện
tử có công suất lớn cũng đợc chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng
của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang đợc
phát triển hết sức mạnh mẽ.
Tuy nhiên để đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công
nghiệp thì ngành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối u
nhất. Đặc biệt với chủ trơng công nghiệp hoá - hiện đại hoá của Nhà nớc, các
nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đa công nghệ tự động điều
khiển vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phơng pháp điều khiển
an toàn, chính xác. Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần phải giải
quyết.
Để giải quyết đợc vấn đề này thì Nhà nớc ta cần phải có đội ngũ thiết kế đông
đảo và tài năng. Sinh viên ngành TĐH tơng lai không xa sẽ đứng trong độ ngũ
này, do đó mà cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tầm hiểu biết sâu
rộng. Chính vì vậy đồ án môn học điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết cho
mỗi sinh viên TĐH. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh
viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên ngành TĐH tự tìm hiểu và nghiên cứu
kiến thức về điện tử công suất. Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ ba còn đang
ngồi trong ghế nhà trờng thì kinh nghiệm thực tế còn cha có nhiều, do đó cần phải
có sự hớng dẫn giúp đỡ của thầy giáo. Qua đây cho em đợc gửi lời cảm ơn tới thầy
Trần Trọng Minh đã tận tình chỉ dẫn, giúp em hoàn thành tốt đồ án môn học này.
Đồ án này hoàn thành không những giúp em có đợc thêm nhiều kiến thức hơn
về môn học mà còn giúp em dợc tiép xúc với một phơng pháp làm việc mới chủ
động hơn,linh hoạt hơn và đặc biệt là sự quan trọng của phơng pháp làm việc
theo nhóm.Quá trình thực hiện đồ án là một thời gian thực sự bổ ích cho bản thân
em về nhiều mặt.
Hà nội , ngày 15 tháng 5 năm 2004

Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện.

đáng lo ngại.Do đó việc trang bị các hệ thống xử lí bụi cho các nhà máy xí nghiệp
là thực sự cần thiết và có vai trò ngày càng quan trọng.
Khi thiết kế hệ thống lọc bụi vấn đề đặt ra đối với các nhà máy là chọn hệ
thống lọc bụi nào cho phù hợp với nhà máy của mình trong số rất nhiều phơng
pháp lọc bụi hiện nay .Các phơng pháp lọc bụi thờng dợc sử dụng hiện nay là:
1.Lọc bụi sử dụng buồng lắng bụi.
2.Lọc bụi kiểu li tâm-xiclon
3.Lọc bụi kiểu quán tính
4. Lọc bụi bằng lới lọc vải,thép,giấy,
5. Lọc bụi tĩnh điện
Trong đó phơng pháp lọc tĩnh điện là phơng pháp tơng đối hiệu quả đối với
các nhà máy công nghiệp có một lợng bụi lớn nh nhà máy xi măng , nhà máy
phân bón luyện kim,nghiền đá,công nghiệp gốm v v Nó có các u điểm cơ bản

2

nh hiệu suất thu bụi cao,chi phí năng lợng thấp,có thể làm việc với áp suất chân
không hoặc áp suất cao,và đặc biệt là có thể điều khiển và tự động hoá hoàn toàn.
II. Phân tích nguyên lý làm việc và yêu cầu công nghệ thiết bị lọc bụi tĩnh
điện:
Khí thải cần lọc bụi đợc thổi qua một hệ thống hai điện cực.Giữa hai điện cực
này đợc thiết lập một điện thế một chiều tơng đối cao nên cờng độ điện trờng do
chúng gây ra có giá trị lớn dẫn đến các hạt bụi sẽ bị iôn hoá mãnh liệt.Dới tác
dụng của lực điện trờng giữa hai bản cực, các ion bị hút về phía bản cực trái
dấu:ion âm về cực dơng, ion dơng về cực âm. Cực dơng của thiết bị lọc bụi thờng
đợc 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, ngời ta định kỳ rung
lắc điện cực, hoặc xối nớc 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.

Dùng một bộ chỉnh lu cầu 1 pha có thể điều chỉnh đợc góc mở dùng các
thyristor đặt sau máy biến áp.

Ph ơng án I : Sử dụng mạch điều áp bằng thyristor trớc máy biến áp :

Điện áp ngợc đặt lên mỗi thyristor là: U
ngmax
=U
1
=400(V)
Nh vậy là điện áp đặt lên mỗi thyristor là tơng đối nhỏ chính vì vậy rất dễ
cho việc chọn van và điều khiển và bảo vệ van , không chỉ vậy còn giảm đợc vốn
đầu t cho thiết kế hệ thống.
Ta tính dòng chảy qua mỗi thyrisstor:

4

Ta thiết kế hệ thống với lợng dự trữ 10% về công suất, tức công suất dự trữ là
P
max
=167 KW và công suất làm việc là P
max
=150KW
Ta chọn điện áp tối đa trên tải là U
d
= 78kV và dòng điện sẽ là I
d
=2,1(A)
Ta có I
2

=m.I
2
=228.2,1 = 478,8(A)
Ta thấy rằng dòng điện chảy qua thyristor là rất lớn và đây là nhợc điểm của ph-
ơng pháp này nhng không phải là nhợc điểm lớn, có thể vẫn chọn đợc van phù
hợp.
Ph ơng án II : Sử dụng mạch chỉnh lu bằng thyristor sau máy biến áp:
Dòng điện chảy qua các thyristor là :

5

I
tb
=I
d
/2= 2,1/2=1,05(A) dòng điện này là rất nhỏ nên rất dễ chọn van theo điều
kiện dòng điện.Và so với phơng án 1 thì số lợng van ít hơn.
Ưu điểm thứ hai của phơng án là chỉ có một bộ chỉnh lu mà không dùng đến hai
bộ
Điện áp ngợc đặt lên mỗi thyristor là
U
ngmax
= 1,41.U
2
= 1,41.91040 = 128,366 (KV) đây là điện áp 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.
Từ những u nhợc điểm của hai phơng án trên ta thấy phơng án thứ nhất là tốt
và khả quan hơn cả . Nh vậy ta chọn phơng án thứ nhất để thiết kế mạch lực cho
hệ thống.


7

- Khi < < : T1 mở, T2 khoá
U
t
= U
XC
- Khi < < + : T1 đóng, T2 cha mở đợc do cha nhận đợc xung điều
khiển nên T2 vẫn khoá.
U
t
= 0
- Khi + < < 2 : T1 khoá, T2 mở
U
t
= U
XC
Điện áp hiệu dụng trên tải sẽ là:

+
=
2
2sin)(2
UU
1
Xét tải trở cảm:
Khi góc điều khiển dòng tải s là liên tục và không phụ thuc góc điều
khiển . Điều này đúng nếu xung điều khiển là xung rộng.
Nếu xung điều khiển là xung hẹp dòng điện trong một nửa chu kỳ sẽ kéo

=
2
)22sin(2sin2
UU
hdt
với đợc xác định từ phơng trình:
0)sin(e)sin(
Q
=+

Trong đó :
R
X
arctg
L
=

R
X
Q
L
=
2. Máy biến áp lực:
a) Nhiệm vụ:
Nâng điện áp lới U
P
=380V lên điện áp hàng chục kV để đáp ứng yêu cầu điện
áp cao của công nghệ của lọc bụi tĩnh điện .
b) Hoạt động:
Sau khi qua bộ điều áp thì điện áp đa vào biến áp thờng không sin, nhng theo

I
2
= 0,58I
d

Do điện áp đặt lên mỗi điốt D là rất lớn ,theo tính toán U
nmax
= 75 KV.Vì vậy cần
nối tiếp các điôt để sao cho điện áp đặt lên các điốt không vợt quá U
nmax
của mỗi
điôt
4. Cao áp lọc:
Tải này mang tính chất là tải điện trở có giá trị phụ thuộc vào điện áp giữa hai
cực của cao áp lọc và dòng điện qua tải hay phụ thuộc vào lợng khí bụi chảy qua
cao áp lọc và hiệu quả làm việc của hệ thống.
II. Mạch điều khiển
1. Mạch tạo tín hiệu điều khiển:
a) Nhiệm vụ:
Tạo ra tín hiệu U
đk
tăng dần đến giá trị E nào đó (tốc độ tăng có thể thay đổi đ-
ợc) để đa vào chân số 11 của phần tử TCA785 so sánh với xung răng ca tạo ra xung
điều khiển ở chân 14, 15 của phần tử TCA785 với góc thay đổi nhỏ dần.
b) Sơ đồ nguyên lý:

10

Khi tín hiệu phản hồi logic đa vào R11 là 0 (không có tín hiệu) thì transistor T1
khoá ở A có điện áp UA bằng điện áp ổn định ở trên Zener Dz1. Tụ C đợc nạp

1 OS Chân nối đất
2 Q2 Đầu ra 2 đảo
3 QU Đầu ra U
4 Q1 Đầu ra 1 đảo
5 VSYNC Điện áp đồng bộ
6 I Tín hiệu cấm
7 QZ Đầu ra Z
8 V
REF
Điện áp chuẩn
9 RP Điện trở mạch răng ca
10 C10 Tụ tạo mạch răng ca
11 V11 Điện áp điều khiển
12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
13 L Tín hiệu điều khiển xung
ngắn xung rộng
14 Q1 Đầu ra 1
15 Q2 Đầu ra 2
16 V
S
Điện áp nguồn nuôi

12

S¬ ®å cÊu t¹o
D¹ng ®å thÞ ®iÖn ¸p t¹i c¸c ch©n:

13

Th«ng sè kü thuËt:

80
1000
Vs-2
300
àA
V
k
àS
Tín hiệu cấm vào chân 6
Cấm V6L
Cho phép V6H
4
3,3
3,3
2,5
Độ rộng xung ra, chân 13
Xung hẹp V13H
Xung rộng V13L
3,5 2,5
2,5 2
Xung ra, chân 14, 15
Điện áp ra mức cao V14/15H
-IQ = 250 mA
Điện áp ra mức thấp V14/15
IQ = 2mA
Độ rộng xung hẹp tp
Độ rông xung rộng tp
Vs - 3
0,3
20

Tụ răng ca C
10
500pF 1àF
Thời điềm phát xung
K.V
C.V.V
t
REF
10911
tr
=
Dòng nạp tụ
9
REF
10
R
K.R
I =
Điện áp trên tụ
109
REF
10
C.R
K.V
V =
Nguyên lý hoạt động của TCA 785:
TCA785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển:
tề đầu điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng ca đồng bộ, so sánh và tạo xung ra.
Nguồn nuôi qua chân 16. Tín hiệu đồng bộ đợc lấy vào qua chân số 5 và số 1. Tín
hiệu điều khiển đa vào chân 11. Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp lấy

4
mở. Điện cảm L ngăn không cho dòng colector chuyển ngay lên mức bão hoà mà
tăng dần theo quy luật.

)e1(
R
E
ii
t
8
LC


==
trong đó
8
R
L
=
Sau vài chu kỳ thì dòng colectơ đạt tới bão hoà

8
CC
R
E
Ii =

17

Bên thứ cấp biến áp xung có điện áp cảm ứng làm mở D

4
không bao giờ vợt quá
dòng collectơ lớn nhất cho phép.
4. Khâu chống ngắn mạch làm việc:
a) Nhiệm vụ:
Khi xảy ra hiện tợng phóng điện thì khâu tạo ra tín hiệu logic đa vào chân 6 của
TCA785 để tắt tín hiệu ra Q14, Q15, đồng thời đa về khâu tạo tín hiệu điều khiển
để đa điện áp U
đk
về 0 trong khoảng thời gian trễ ttr nào đó. Sau khoảng thời gian
trễ này mạch lại tự động phục hồi điện áp phía cao áp.
b) Sơ đồ nguyên lý:
Trong khâu chống ngắn mạch làm việc có sử dụng 2 vi mạch chuyên dụng là
Optocoupler PC81711NSZ và vi mạch MM74HC4538.
- Vi mạch MM74HC4538:
Sơ đồ chân:

18

Bảng chân lý
Đầu vào Đầu ra
Xoá A B
L X X
X H X
X X L
H L

H

H

CC
). Khi C
X
đợc nạp đến mức chuẩn cao thì đầu ra Q sẽ chuyển trạng
thái xuống thấp. Nh vậy ở Q ta đợc một xung logic với độ rộng điều khiển đợc qua
R
X
và C
X
theo công thức : T = 0,7 . C
X
. R
X
- Optocoupler PC81711NSZ:
Sơ đồ chân:
Thông số kỹ thuật:
+ Các giá trị cực đại:
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Đầu vào Dòng vào
Dòng vào cực đại
Điện áp ngợc
IF
IFM
VR
10
200
6
mA
mA
V

o
C
+ Các đặc tính quang điện:
Thông số Điều kiện Nhỏ
nhất
Thông
thờng
Lớn
nhất
Đơn
vị
Đầu
vào
Điện áp VF
Dòng ngợc IR
Điện dung cực Ct
IF = 10mA
VR = 4V
V = 0, f = 1kHZ
-
-
-
1,2
-
30
1,4
10
250
V
A

DC500V 40 -> 60% RH
V = 0, f = 1MHZ
VCE = 2V, IC = 2mA,
RL=100
0,5
-
5.10
10
-
-
-
-
-
10
11
0,6
4
3
0,3
0,2
-
1
18
18
mA
V

pF
s
s

xuất hiện
tín hiệu logic có bề rộng xung nhỏ. Tín hiệu này đợc đa vào chân 4 của vi mạch
MM74HC4538 để tạo ra ở đầu ra 6 của vi mạch một xung có độ rộng lớn hơn.

21

Ch ơng IV
Thiết kế mạch lực
Với các thông số yêu cầu thiết kế : Điện áp ra tải là: U
d
=75 kV DC
Dòng điện làm việc là:2 A
Bất kì một hệ thống nào khi làm việc cũng có một tổn hao nhất định nào đó vì vậy
ta thiết kế hệ thống với lợng dự trữ là 10% về công suất do đó ta chọn điện áp tối
đa trên tải là:
U
o
= 78KV
và dòng điện sẽ là I
d
=2,1(A)
công suất cực đại sẽ là P
max
=165 KW
trong đó công suất làm việc là P
lv
=150 KW
I )Tính toán thiết kế máy biến áp lực
a. Các mức điện áp :
*Điện áp lớn nhất sau chỉnh lu :


U
l
- sụt áp bên trong biến áp khi có tải, bao gồm
sụt áp trên điện trở

U
r
và sụt áp trên điện cảm

U
l
những đại l-
ợng này phụ thuộc vào từng loại vật liệu cấu tạo máy biến áp
khi chọn sơ bộ vào khoảng (5
ữ
10)
%
;

U
dn
- sụt áp trên dây nối;
U
dn
= R
dn
.I
d
=(.l/S).I

=
2
.U
2
=
2
.91,04 = 128,7 (kV )
và dòng điện tải là :I
dđm
=I
d
=2,1 ( A.)
Suy ra giá trị I
tb
chảy qua mỗi điốt là:
I
tbD
=
2
I
d
= 1,05 (A)
*Dòng điện chảy trong cuộn thứ cấp máy biến áp là:
I
2
= I
tb
=2,1 (A)
Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong mỗi pha sơ cấp máy biến áp là:
I

5400
U
maxi
=38 chiếc.
Sụt áp trên 2 dãy điốt là:

U
d
=2.1,45.38 =110,2 V
3)Tính chọn Thysistor:
Tính chọn thyristor ta phải dựa vào các thông số cơ bản sau:
- Điện áp ngợc lớn nhất cho phép trên van : U
nmax

- giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor
Các thong số này phụ thuộc vào điều kiện làm việc của van ,vào mức độ làm mát .
Các thông số có thể tính nh sau:
Điện áp ngợc lớn nhất mà Thysistor phải chịu:
U
nmax
= U
L
= 400 V
Suy ra điện áp của van cần chọn là:
U
nv
=k
dt
.U
nmax

U
gm
=3(V)
I
hmax
=1(A) dòng giữ cho van còn dẫn
I
rmax
=0,18(A) dòng rò
U
max
=1,28(V)
I
dmax
= 1000(A)
dU/dt= 750 (v/s)
4)Bảo vệ van

24

Tiristor rất nhạy cảm, với điện áp quá lớn vợt quá điện áp định mức, có thể làm
hỏng van, vì vậy ta phải có những biện pháp bảo vệ quá điện áp cho van. Nguyên
nhân gây ra quá điện áp có hai loại:
+ Nguyên nhân nội tại: là sự tích tụ điện tích trong các van bán dẫn, khi khoá
tiristor bằng điện áp ngợc các điện tích trên đồi ngợc hành trình tạo nên dòng điện
ngợc trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên đột ngột nhanh chóng của
dòng điện ngợc tạo ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm dẫn đến
các tiristor xuất hiện quá áp
+ Nguyên nhân bên ngoài: thờng xảy ra ngẫu nhiên nh khi cắt không tải một
máy biến áp trên đờng dây, khi cầu chì bảo vệ nhảy, khi có sấm sét

max
*
min
(hình vẽ)
- tính
max
|
dt
di
khi chuyển mạch
- xác định các đại lợng tích tụ
)
dt
di
(fQ =
sử dụng các đờng cong cho trong sổ
tay tra cứu
- tính các thông số trung gian

25