Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
Đồ án: Điện
tử công
suất
1
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
Mục Lục
Lời nói đầu……………………………………………………………….
Chương 1:Giới thiệu công nghệ và yêu cầu kỹ
thuật……
I. Tìm hiểu về lò nấu thép……………………………………………
II. Tìm hiểu về đề tài…………………………………………………
Chương 2: Đề xuất phương án và lựa chọn mạch
lực…
I. Phương án mạch lực………………………………………………
II. Tính toán lựa chọn van……………………………………………
Chương 3: Mạch điều khiển……………………………………
I. Nguyên lý điều khiển………………………………………………
II. Thiết kế mạch điều khiển
Chương 4: Kết quả mô phỏng…………………………………
Tài liệu tham khảo…………………………………………………….
2
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
Lời Nói Đầu
Trong sự phát triển từng ngày của thế giới, trên từng lĩnh

- Có các loại lò phổ biến sau: lò hồ quang, lò điện trở, lò cảm ứng.
- Trong các loại lò điện trên thì lò cảm ứng có các ưu điểm nổi trội hơn
cả.
- Nấu chảy được kim loại sạch nhất, vận hành đơn giản và có thể nấu
chảy trong chân không hay trong môi trường đặc biệt. So với lò điện trở
và lò hồ quang thì hiệu quả nhiệt của lò điện cảm ứng là 80% so với
60%-75% của 2 lò kia và hiệu suât nhiệt lên tới 96%.
- Tuy nhiên lò cảm ứng có hệ số công suất giảm khi điện trở của vật liệu
giảm và để tăng nhiệt số này thường người ta mắc các tụ điện song song
với lò. Nhiệt độ của xỉ thấp cho nên khó có thể tinh luyện thép.
- Một điểm chú ý trong lò điện cảm ứng là tần số lò càng cao khi khối
lượng phối liệu nấu trong nòi mẻ thấp:
- 500 000Hz đối với lò nhỏ, nấu thí nghiệm 10g - 100g.
- 8000Hz - 4000Hz đối với lò thí nghiệm nấu vài kg.
- 2000Hz đối với lò công nghiệp nhỏ, một mẻ 50 kg - 500kg.
- 1000Hz đối với lò một mẻ 250kg-2000kg.
- 50Hz (tần số công nghiệp) với các lò nấu lớn trong công nghiệp
Nói riêng về lò cảm ứng
4
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
- Lò cảm ứng Theo ứng dụng có thể chia làm 2 loại là: lò có lõi sắt và
không có lõi sắt.
- Loại lò có lõi sắt ở giữa: xuất hiện sức điện động hỗ cảm vào nguyên
liệu rắn:
E
2
= 4,44.f.W
2

5
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền

Hình 1.1: Đồ thị tính biến động của tải lò
Μ : là độ từ thẩm của thép
Ρ : là suất điện trở của thép(Ωcm)
- Nhận thấy khi nhiệt độ khoảng 800-9000c thì tải mất tính cảm kháng chỉ
còn tính thuần trở (do μ giảm mạnh ,còn ρ tăng mạnh).
- Tải lò nấu thép là tải ngắn mạch , nên nguồn cấp cho tải phải làm việc ở
chế độ ngắn mạch, do đó ta chọn nguồn cấp cho tải là nghịch lưu nguồn
dòng.
2.Quan hệ f,p,U
- Nhiệt đốt nóng kim lọai được tính theo công thức:
W= I
1
2
.n
2
.
π
2
.
h
d
.
9
10
−

Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
mãi vì dây phải rất lớn và quá nóng, có thể nóng chảy (dù có nước làm
mát).
- Thường dùng phương pháp tăng tần số, do vậy lò cảm ứng còn gọi là lò
cao tần.
- Mặt khác tần số còn ảnh hưởng đến kích thước của cục nguyên liệu.
Năng lượng truyền từ nguồn điện (tần số), qua vòng cảm ứng, biến đổi
thành năng lượng trường điện từ. Trong vật gia nhiệt điện năng dòng
xoáy cảm ứng được chuyển thành nhiệt năng. Khi truyền sâu trong kim
loại, độ lớn của các vectơ E, H (hai thành phần của trường điện từ) bị
giảm dần và năng lượng trường điện từ cũng giảm dần (theo độ sâu
truyền z).
Độ sâu thẩm thấu:

f
p
a
.
.503

2
µµγω
δ
==
(m)
Trong đó:
ω : tần số (rad)
a

Ví dụ:
Tần số (Hz) Kích thước cục nguyên liệu (mm)
7
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
500 ≥ 20
1000 10
10000 5
- Nếu khi tấn số rất lớn hơn nữa thì kích thước cục nguyên liệu nhỏ hơn
5mm.
- Tấn số cũng có quan hệ chặt chẽ với bản chất cuă vật liệu và công suất
của lò. Công thức gần đúng để tính tần số dòng điện là:
f
min
=
2
8
.10.25
d
p
- Công thức trên cho thấy rằng khi công suất lò lớn, nghĩa là khi bán kính
liệu hoặc dung tích của lò lớn cũng như khi điện trở của liệu nhỏ, tần số
của dòng điện cung cấp có thể lấy thấp hơn.
- Đối với những kim loại như sắt, niken, crôm cũng như hợp kim của
chúng người ta thường dùng tàn số trong giới hạn 1000 ÷ 3000 Hz. Đối
với bạc, đồng, đồng thanh, đồng đỏ, hợp kim bạc niken, đồng niken tần
số có thể dùng từ 50 ÷ 500 Hz.
- Để đảm bảo cả yêu cầu kinh tế và kỹ thuật, việc lựa chọn tần số phụ
thuộc rất nhiều vào công suất của lò. Quan hệ giũă tần số và công suất

Lưu
3 Pha
Lọc
Nghịch
Lưu
1 Pha
U
d1
U
d2
U
21
U
22
=U
ra
9
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
Chương II :Đề xuất phương án và lựa chọn mạch lực
Do đặc điểm của lò luyện thép, ta có thể chọn phương án dùng mạch
điều áp hoặc chỉnh lưu. Dưới đây là trình bày một số phương án…
I. Phương án mạch lực
- Từ yêu cầu ta suy ra mạch chỉnh lưu phải là chỉnh lưu có điều khiển.
Công suất của lò nấu là P = 140 kW, nguồn điện sử dụng là nguồn điện 3
pha nên chúng ta dùng chỉnh lưu điều khiển 3 pha (nếu dùng chỉnh lưu
điều khiển 1 pha công suất tải lớn sẽ làm xấu lưới điện).
- Ta có các phương án:
• Chỉnh lưu hình tia 3 pha


GVHD: Đặng Xuân Quyền
- Nhóm anod chung : D2, D4, D6
Điện áp các pha:
U
a
=
2
U
2
sin
θ
U
b
=
2
U
2
sin(
θ
-
3
2
π
)
U
c
=
2
U

2
cos1
α
+
=U
dmax
.
2
cos1
α
+
Chế độ hoạt động: chế độ chỉnh lưu với α = 0 ÷ π, Ud = 0 ÷ Udmax
Chức năng: Ổn định điện áp và dòng ra tải bằng cách thay đổi α
• Thông số chọn van:
Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: U
ngmax
=
3
π
.U
dmax
Dòng trung bình qua van: Iv = Id/3
• Ưu nhược điểm của sơ đồ:
- Ưu điểm: Mạch điều khiển đơn giản
Hệ số cosϕ lớn
- Nhược điểm: + Không hoàn trả năng lượng về nguồn được khi 2 van
thẳng hàng cùng dẫn điện
12
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú


U
2
sin(
θ
-
3
2
π
)
U
c
=
2
U
2
sin(
θ
-
3
4
π
)
Hoạt động của sơ đồ:
Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua V
K
= U
C
; V
A
= U

lên catot T
2
mà U
b
> U
c
. Sự mở của T2 làm cho T6 khóa
lại một cách tự nhiên vì Ub > Uc. Lúc này T2 và T1 cho dòng đi qua.
Điện áp trên tải: Ud=Uac=Ua-Uc
14
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
Các xung điều khiển lệch nhau
3
π
được lần lượt đưa đến các cực điều
khiển của các thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1,….Trong mỗi nhóm,
khi 1 thyristor mở thì nó sẽ khoá ngay thyristor trước nó, như trong bảng
sau:
Thời Điểm Mở Khoá
α
π
θ
+=
6
1
T1 T5
α
π

α
π
θ
+=
6
11
1
T6 T4
Hình : Bảng thời điểm đóng mở của thyristor
Điện áp trên tải Ud = VK - VA là khoảng cách thẳng đứng giữa hai
đường bao:
Ud =
θθ
π
α
π
α
π
dU sin22
2
6
6
5
6
∫
+
+
=
π
263 U

- Chất lượng điện áp tốt nên việc thiết kế bộ lọc đơn giản, tiết kiệm.
- Có khả năng hoàn trả năng lượng về lưới tốt khi tải có tính chất cảm
kháng.
- Dòng điện máy biến áp đối xứng khi thay đôỉ góc α
Nhược điểm:
- Mạch điều khiển phức tạp nhưng có thể khắc phục được.
- Dải điều chỉnh Ud hẹp
- Hệ số sử dụng máy biến áp thấp hơn vì cosφba = cos α
Với máy biến áp, ta có:
Với máy biến áp điều chỉnh công suất Sba = 1,05*Pđmax
Với máy biến áp có chức năng nguồn áp một chiều
S
ba
=1,05* P
đmax
*
max
2
1
α
tg+
3. Điều áp xoay chiều ba pha
M¹ch xoay chiÒu ba pha hiÖn nay trong thùc tÕ thêng gÆp gåm 3 s¬ ®å
nh sau: H×nh 6 a, b, c

a b

c
H×nh 6: S¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha b»ng cÆp Tiristo
m¾c song song ngîc

- Xung iu khin cp n nhng phi m xung iu khin.
- Xung iu khin cp bng xung chựm.
Trong ti ny ta s dng ti l ti thun tr nh hỡnh 7, nờn ta s chn
phng ỏn in khin l iu khin iu ỏp ba pha bng xung n.
17
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
Hình 7 : Mạch lực điều áp xoay chiều ba pha tải thuần trở.
Khi góc điều khiển
α
của các van bán dẫn lớn và đồng thời có hai van
cùng dẫn, như vậy xung điều khiển phải được cấp đồng thời cho cả hai
van, hơn nữa hai van được dẫn ấy phải được cấp xung theo kiểu một
xung chính cần mở với một xung đệm, nguyên tắc đệm xung phải theo
đúng thứ tự pha. Như việc cấp xung ở hình 8.

Hình 8: Hình dạng đường cong điện áp tải với các xung điều khiển van
18
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
X
1
: Một chữ số xung Cần mở T
1
X
6-1
: Xung đệm từ T
6

6
4
π
của T
1
( U
A
>0) phát xung X
1
điều khiển T
1
đồng thời
đệm xung T
4
– T
1-4
( xung thứ hai của T
4
) lúc này với điện áp pha A
dương hơn pha B (U
A
>>U
B
). T
1
và T
4
cùng dẫn, chừng nào U
A
còn dương

3
góc
6
4
π
α
=
của T
6
(U
C
<0), phát xung X
6
điều khiển T
6
đồng
thời theo đúng thứ tự pha đệm xung X6-1 cùng dẫn. Tương tự như trên,
hai thyristor này sẽ cùng dẫn chừng nào U
C
còn âm hơn U
A
. Như vậy, đến
'
3
t
khi điện áp U
A
trở nên âm hơn U
C
,T

19
ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ

GVHD: ng Xuõn Quyn
ụi khi thyristor vn dn c trong mt s ln úng in no ú. Hin
tng dn khụng bỡnh thng ca thyristor l do nhiu.
a

Hỡnh 9: Hỡnh dng ng cong in ỏp ti v cỏc xung iu khin van
khi
6


=
4. Kết Luận
Từ những trình bày các phơng án trên, ta chọn phơng án điều áp ba
pha với sơ đồ mắc tải thuần trở hình sao không điểm giữa. Vì phơng án
này có những u điểm thuận lợi phù hợp với yêu cầu để tài.
- Chất lợng điện áp tốt nên thiết kế bộ lọc đơn giản, tiết kiệm
- Có khả năng hoàn trả năng lợng về lới rất tốt
- Có thể điều khiển góc mở của thyristor với góc mở lớn nên có thể đảm
bảo công xuất của lò.
II. Tớnh toỏn la chn van
Chn thụng s:
20
Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú

GVHD: Đặng Xuân Quyền
U
vào

Dòng làm việc của thyristor là 66,2 là đáng kể. nên chọn điều kiện
làm mát của thyristor là có cánh tản nhiệt, có quạt đối lưu để thông khí,
với điều kiện làm việc này thyristor làm việc với dòng điện lên đến 9%
dòng định mức
- Dòng điện của thyristor cần chọn
I
2dm
=
4,132
50
100.
=
Tlv
I
- Điện áp của thyristor khi ở trạng thái khoá
U
lv
=
Ud2
=
2
.380= 537V
- Điện áp định mức của thyristor cần chọn
U
Tdm
= K
dt
.U
Tlv
= 1,8.537 = 966V

Khi điện áp xoay chiều hình sin (U
đf
) đặt vào anốt của thyristor. Để có
thể điều khiển được góc mở
α
của Thyristor trong vùng điện áp dương
anot, cần tạo một điện áp tựa dạng tam giác ( thường gọi điện áp tựa là
điện áp răng cưa U
rc
). Dùng một điện áp một chiều U
dk
so sánh với điện
áp tựa. Tại thời điểm (t
1,
t
4
) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển (U
rc
= U
dk
),
trong vùng điện áp dương anot, thì phát xung điều khiển. Thyristor được
mở từ thời điểm có xung điều khiển (t
1
,t
4
) cho tới cuối bán kỳ ( hoặc tới
khi dòng điện bằng 0).
Sơ đồ khối
Để thực hiện được ý đồ nhủ trên thì mạch điều khiển phải gồm 3 khâu cơ

Hình 12: Khâu đồng pha dùng điốt và tụ điện
Khi điện áp U
A
>0 điốt D1 dẫn làm cho tụ ngăn mạch nên Urc=0, khi
U
A
<0 D
1
,D
2
khoá tụ C nạp với hằng số thời gian nạp tụ R
2
, C. Tụ còn nạp
chừng nào 0<U
rc
<U
A
. Từ thời điểm 0<U
A
<U
rc
tụ bắt đầu xả. Khi tụ xả hết
điện áp U
RC
=0. Độ dài phần tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết
180
0
. Do vậy, góc mở van lớn nhất bị giới hạn. hay nói cánh khác, nếu
điều khiển theo sơ đồ này, điện áp của tải không điều khiển được từ 0 tới
cực đại mà từ một vị trí nào đó đến cực đại.

và hình 14b là đường cong minh hoạ hoạt động của sơ đồ.
25