thiết kế mạch công suất điều khiển lò nhiệt

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NHIỆT.
Lò nhiệt là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng
trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật
liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v
 Ưu điểm của lò nhiệt so với các lò sử dụng nhiên liệu
Lò nhiệt so với các lò sử dụng nhiên liệu có những ưu điểm sau :
- Có khả năng tạo được nhiệt độ cao
- Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao
- Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ
- Kín
- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu và
vận chuyễn vật phẩm
- Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị
gọn nhẹ
 Nhược điểm của lò nhiệt.
- Năng lượng điện đắt.
- Yêu cầu có trình độ cao khi sử dụng.
1.1.1 . NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LÒ NHIỆT.
Lò nhiệt làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một
dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-
Lenxơ :
Q=I
2
RT
Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J)
I - Dòng điện tính bằng Ampe (A)
R - Điện trở tính bằng Ôm
T - Thời gian tính bằng giây (s)
Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò :
- Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp

- Dây nung : Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật
nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi
là nung gián tiếp.
Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình
dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông và tròn )
Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho
nên nói đến lò nhiệt không thể không đề cập đến vật liệu để làm dây nung,
bộ phận phát nhiệt của lò.
1.2. CẤU TẠO LÒ NHIỆT.
Lò nhiệt thông thường gồm ba phần chính : vỏ lò, lớp lót và dây nung.
a) Vỏ lò
Vỏ lò nhiệt là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong
quá trình làm việc của lò. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt
rời và đảm bảo sự kín hoàn toàn hoặc tương đối của lò.
Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cấn thiết vỏ lò phải hoàn toàn
kín, còn đối với các lò nhiệt bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổng
thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao
lò.
Trong những trường hợp riêng, lò nhiệt có thể làm vỏ lò không bọc kín.
Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chịu được tải trọng của lớp lót, phụ
tải lò ( vật nung ) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò.
- Vỏ lò chữ nhật thườnng dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung
v.v
- Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v
- Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi
cùng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lò. Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta
thường dùng thép tấm dày 3 - 6 mm khi đường kính vỏ lò là 1000 – 2000
mm và 8 – 12 mm khi đường kính vỏ lò là 2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm
khi đường kính vỏ lò khoảng 4500 – 6500 mm.
Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng

đệm tăng cường bằng các loại thép hình.
Vỏ lò chữ nhật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt
theo hình dáng thích hợp. Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tuỳ theo
yêu cầu kín của lò. Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và
tán.
b) Lớp lót
Lớp lót lò nhiệt thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cách nhiệt.
Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và
gạch hình đặc biệt tuỳ theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò.
Cũng có khi người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính dết gọi
là các khối đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến
hành ở ngoài nhờ các khuôn.
Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau :
+ Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò.
+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc.
+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển
trong điều kiện làm việc.
+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn.
+ Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển
lò và ảnh hưởng của vật nung.
+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu. Điều này đặc biệt quan trọng
đối với lò làm việc chu kỳ.
Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa. Mục
đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy, phần
cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói
chung không yêu cầu.
Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là :
+ Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu
+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu
+ ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định.

Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng
bột cách nhiệt.
c) Dây nung
Theo đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung
làm hai loại : dây nung kim loại và dây nung phi kim loại.
Trong công nghiệp, các lò nhiệt dùng phổ biến là dây nung kim loại.
Để đảm bảo yêu cầu của dây nung, trong hầu hết các lò nhiệt công
nghiệp, dây nung kim loại đều được chế tạo bằng các hợp kim Crôm-Nhôm
và Crôm-Niken là các hợp kim có điện trở lớn. Còn các kim loại nguyên
chất được dùng để chế tạo dây nung rất hiếm vì các kim loại nguyên chất
thường có những tính chất không có lợi cho việc chế tạo dây nung như :
+ Điện trở suất nhỏ
+ Hệ số nhiệt điện trở lớn
+ Bị ôxy hoá mạnh trong môi trường khí quyễn bình thường
Dây nung kim loại thường được chế tạo ở dạng tròn và dạng băng
- Dây nung phi kim loại
Dây nung phi kim loại dùng phổ biến là SiC, grafit và than
* PHẠM VI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ.
- Lò nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật :
+ Sản xuất thép chất lượng cao
+ Sản xuất các hợp kim phe-rô
+ Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện
+ Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi
+ Sản xuất đúc và kim loại bột
Trong các lĩnh vực công nghiệp khác :
+ Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò nhiệt được dùng để sất, mạ
vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm
+ Trong các lĩnh vực khác, lò nhiệt được dùng để sản xuất các vật phẩm
thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v
Lò nhiệt không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày

càng được dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người
một cách phong phú và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước
điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v
1.3. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ.
• Yêu cầu của vật liệu dùng làm dây nung
Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong những điều kiện
khắc nghiệt do đó đòi hỏi phải đảm bảo các yều cầu sau :
+ Chịu nóng tốt, ít bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao
+ Phải có độ bền cơ học cao, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao
+ Điện trở suất phải lớn
+ Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ
+ Các tính chất điện phải cố định hoặc ít thay đổi
+ Các kích thước phải không thay đổi khi sử dụng
• Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện
+Hợp lý về công nghệ
Hợp lý về công nghệ có nghĩa là cấu tạo lò không những phù hợp với
quá trình công nghệ yêu cầu mà cọn tính đến khả năng sử dụng nó đối với
quá trình công nghệ khác nếu như không làm phức tạp quá trình gia công và
làm tăng giá thành một cách rõ rệt. Cấu trúc lò đảm bảo được các điều kiện
như thế mới coi là hợp lý nhất. Điều này đặc biệt quan trọng trong khi nhu
cầu về lò nhiệt vượt xa khả năng sản xuất ra nó.
+ Hiệu quả về kỹ thuật
Hiệu quả về kỹ thuật là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu
khi các thông số của nó xác định ( kích thước ngoài, công suất, trọng lượng
giá thành v.v ).
Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một
đơn vị công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung v.v là các chỉ tiêu cơ
bản của hiệu quả kỹ thuật. Còn đối với từng phần riêng biệt của kết cấu hoặc
chi tiết, hiệu quả kỹ thuật được đánh giá bằng công suất dẫn động, mô men
xoắn, lực v.v ứng với trọng lượng, kích thước hoặc giá thành kết cấu.

+ Chắc chắn khi làm việc
Chắc chắn khi làm việc là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của
chất lượng kết cấu của các lò nhiệt. Thường các lò điện làm việc liên tục
trong một ca, hai ca và ngay cả ba ca một ngày. Nếu trong khi làm việc, một
bộ phận nào đó không hoàn hảo sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản suất chung.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với các lò nhiệt làm việc liên tục trong dây
chuyền sản xuất tự động. Ngay đối với các lò nhiệt làm việc chu kỳ, lò
ngừng cũng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất vì khi ngừng lò đột ngột ( nghĩa
là phá huỷ chế độ làm việc bình thường của lò ) có thể dẫn đến làm hư hỏng
sản phẩm, lãng phí nguyên vật liêu và làm tăng giá thành sản phẩm.
Một chỉ tiêu phụ về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận đó của
lò nhiệt là khả năng thay thế nhanh hoặc khả nằng dự trữ lớn khi lò làm việc
bình thường. Theo quan điểm chắc chắn, trong thiết bị cần chú ý đến các bộ
phận quan trọng nhất, quyết định sự làm việc liên tục của lò. Thí dụ : dây
nung, băng tải v.v
+ Tiện lợi khi sử dụng
Tiện lợi khi sử dụng nghĩa là yêu cầu:
- Số nhân viên phục vụ tối thiểu
- Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sức lực và sự
dẻo dai của nhân viên phục vụ.
- Số lượng các thiết bị hiếm và quí bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu
- Bảo quản dễ dàng. Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị
thuận lợi.
- Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và
tuyệt đối an toàn.
+ Rẻ và đơn giản khi chế tạo
Về mặt này yêu cầu như sau :
- Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu quí và hiếm ( các kim
loại mầu, các hợp kim có hàm lượng niken cao v.v )
- Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phải sao cho ngày

công ít nhất và tận dụng đưọc các thiết bị, dụng cụ thông thường có sẵn
trong các nhà máy chế tạo để gia công.
- Các loại vật liệu và thiết bị yêu cầu để chế tạo phải ít nhất.
- Sử dụng đến mức tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàng
đổi lẫn và thuận tiện khi lắp ráp.
- Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo ( đúc,
hàn, dập ). Bỏ các chi tiết và các khâu gia công cơ khí không hợp lý.
+ Hình dáng bề ngoài đẹp
Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, các khâu và các chi tiết phải có hình
dáng và tỷ lệ các cạnh phù hợp, dễ coi. Tuy vậy cũng cần chú ý rằng, độ bền
của kết cấu khi trọng lượng nhỏ và hình dáng bề ngoài đẹp có quan hệ khăng
khít với nhau.
Việc gia công lần cuối như sơn có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hình
dáng bề ngoài của lò điện. Song cũng cần tránh sự trang trí không cần thiết.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT
2.1. CÁC PHƯƠNG ÁN MẠCH ĐỘNG LỰC
Các bộ chỉnh lưu 3 pha
a) Chỉnh lưu 3 pha hình tia
U
d
=
π
2
3
∫
+
+
θ
π
θ

π
6
5
6
2
U
2
sinθ.dθ=
π
2
63
2
U
cosα
I
d
=
R
U
d
Ưu điểm:
- Do điện áp ngược trên van lớn cho nên nó được sử dụng cho tải có yêu
cầu điện áp thấp và dòng điện lớn dễ dàng cho việc chọn van.
- Do chỉ có một van dẫn nên sụt áp trên van là nhỏ cho nên công suất tiêu
thục của van là nhỏ.
- Việc điều khiển mở van là dễ dàng.
Nhược điểm:
- Điên áp ra có độ đập mạch lớn cho nên xuất hiện nhiều thành phần điều
hoà bậc cao.
- Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao. Vì điện áp chảy trên van

không đối xứng qua trục hoành, do vậy khi khai triển chuỗi Furie thì
xuất hiện thành phần một chiều và thành phần xoay chiều. Tuy nhiên
máy biến áp chỉ làm việc với thành phần xoay chiều nên làm giảm hiệu
suất máy biến áp.
b) Chỉnh lưu cầu 3 pha
U
d
=
π
2
6
∫
+
+
α
π
α
π
6
5
6
2
2U
sinθ.dθ=
π
2
63 U
cosα
I
d

=
R
U
d
Ưu điểm:
- Cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha;
- Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%)
- Công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo
lưới điện ít hơn các loại khác.
Nhược điểm:
- Sụt áp trên van gấp hai lần sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa
dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp vỡi cấp điện áp ra tải dưới 10V.
2.1.1. Mạch điều áp xoay chiều 3 pha
Như đã nói ở trên, công suất ra tải của lò được tính theo công thức:
P = 3.
Như vậy, để thay đổi công suất đưa ra tải , ta có thể thay đổi hoặc
. Tuy nhiên, trong thực tế, người ta thường chọn cách thay đổi để có
thể thay đổi công suất ra tải.
Khi có sẵn một nguồn điện xoay chiều, để có thể thay đổi điện áp ra
tải ta có thể dùng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) dùng van bán
dẫn. Việc điều chỉnh điện áp ra tải dựa theo nguyên tắc tương tự như ở các
bộ chỉnh lưu tức là thay đổi điểm mở của van so với điểm qua không của
điện áp nguồn, vì vậy còn gọi là phương pháp điều khiển pha (thay đổi góc
mở van ).
Do diot chỉ có thể dẫn dòng theo một chiều mà ta lại yêu cầu điện áp
ra tải là xoay chiều nên trong mạch điều áp xoay chiều người ta không dùng
diot mà dùng triac vì đây là loại van bán dẫn duy nhất cho phép dòng điện
xoay chiều đi qua nó. Tuy nhiên, do triac không thông dụng bằng tiristor nên
thực tế người ta thường dùng sơ đồ 2 thyristor đấu song song ngược nhau
thay cho triac như hình dưới :

Các van T1, T2 lần lượt dẫn dòng theo 1 chiều xác định nên dòng qua cặp
tiristor đấu song song ngược này là dòng xoay chiều. Các van tiristor được
phát xung điều khiển lệch nhau góc 180 độ điện để đảm bảo dòng qua cặp
van là hoàn toàn đối xứng.
Một ưu điểm của việc sử dụng hai van thyristor đấu song song ngược
nhau thay thế cho triac trong mạch điều áp xoay chiều là khả năng điều
khiển để mở và khoá tiristor dễ dàng hơn nhiều so với triac.
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 nên chỉ phù hợp với các tải loại điện trở
như lò điện trở , bóng đèn loại sợi đốt v v 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. Mặc dù vậy, với tải là điện trở thuần thì việc dạng điện áp ra tải không
sin cũng không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của lò. Các mạch điều áp
xoay chiều không phù hợp với tải dạng cảm kháng như biến áp hoặc động cơ
điện, nên chỉ dùng khi phạm vi điều chỉnh điện áp không lớn. Trong thực
tế công nghiệp, các mạch điều áp xoay chiều thường sử dụng là các mạch
điều áp xoay chiều ba pha, tải mắc hình sao( Y ) hoặc tải hình tam giác ( ).
Quá trình làm việc của mạch điều áp xoay chiều ba pha phức tạp hơn nhiều
so với mạch một pha vì ở đây các pha ảnh hưởng mạnh sang nhau và nó còn
tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như sơ đồ đấu van, góc điều khiển cụ thể, tính
chất tải
Hình trên là sơ đồ thường dùng nhất, đó là sơ đồ có sáu tiristor đấu
thành ba cặp song song ngược.
2.1.2. Mạch điều áp xoay chiều 1 pha
=
U
ñk
Tải

•

•

•

•
T
1
T
2
Hình 3.1: S b i u áp m t phaơ đồ ộ đ ề ộ
Nguyên lý:
Tiristor ch đ c m thông khi tho mãn hai đi u ki n là ph i có đi nỉ ượ ở ả ề ệ ả ệ
áp d ng Anod và có xung đi u khi n tác đ ng lên c c đi u khi n c a Tiristor.ươ ề ể ộ ự ề ể ủ
i v i đi n áp xoay chi u, n u ch s d ng m t Tiristor thì nó ch có thĐố ớ ệ ề ế ỉ ử ụ ộ ỉ ể
làm vi c đ c trong m t n a chu k c a đi n áp. Do đó, ng i ta m c 2ệ ượ ộ ử ỳ ủ ệ ườ ắ
Tiristor song song ng c đ có th làm vi c đ c trong c chu k . Lúc này,ượ ể ể ệ ượ ả ỳ
đ thay đ i đi n áp ra ta ch c n tác đ ng lên đi n áp đi u khi n ngh a là làm thayể ổ ệ ỉ ầ ộ ệ ề ể ĩ
đ i góc m ổ ở ϕ của Tiristor thì điện áp ra sẽ thay đổi.
th y rõ s làm vi c c a đi u áp m t pha ta có d ng đ ng congĐể ấ ự ệ ủ ề ộ ạ ườ
đi n áp ra khi t i là đi n tr nh hình d i đây.ệ ả ệ ở ư ướ
α
t
XT
1
XT
2
U

1
U
L
U
Hình 3.2: ng cong i n áp ra khi t i trĐườ đ ệ ả ở
Π
2
Π
t
t
Nh trên hình 3.2 ta có th th y rõ nguyên lý làm vi c c a b đi u áp m t pha. ư ể ấ ệ ủ ộ ề ộ
Trong th i gian ch a phát l nh m Tiristor (t th i đi m ban đ u đ n th i ờ ư ệ ở ừ ờ ể ầ ế ờ
đi m ể ϕ), điện áp ra bằng 0. Trong nửa chu kỳ dương của điện áp nguồn, khi
có lệnh mở Tiristor , Tiritor T1 sẽ dẫn cho đến cuối bán kỳ với điện áp ra
bằng điện áp nguồn. Còn Tiristor sẽ dẫn dòng ở bán kỳ còn lại khi có l nh ệ
m Tiristor.ở
i v i tr ng h p t i c m, các Tiristor s d n dòng t khi có l nh m và Đố ớ ườ ợ ả ả ẽ ẫ ừ ệ ở
v t qua cu i bán k m t đo n ượ ố ỳ ộ ạ ϕ do tính chất của tải điện cảm (trong điều
kiện điện áp dương Anod).
Ng i ta c ng có th s d ng Triac đ thay th cho c p Tiristor m c songườ ũ ể ử ụ ể ế ặ ắ
song ng c v i ch t l ng đi n áp ra t t h n. Nh ng hi n t i ch t l ng ượ ớ ấ ượ ệ ố ơ ư ệ ạ ấ ượ
Triac ch a th t cao và vi c s d ng c p Tiristor m c song song ng c ư ậ ệ ử ụ ặ ắ ượ
v n là ph bi n. Do đó trong ph n đ án này s không đ c p đ n đi u áp b ng ẫ ổ ế ầ ồ ẽ ề ậ ế ề ằ
Triac.
2.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.2.1. Chọn phương án
2.2.2. Quan hệ giữa góc điều khiển và công suất ra 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, do đó 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.
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
thyristor 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 : 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) :
• Nếu chỉ có hai van dẫn (hay toàn mạch có hai van dẫn ) :
trong đó : 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 :
a). Khoảng dẫn của van ứng với α = 0 ÷ 60
0
:
Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van và hai van dẫn xen kẽ
nhau như đồ thị dưới đây :
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 :
=
= (1)
b. Khoảng van dẫn ứng với α = 60
0
÷ 90
0
Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn. Ta có đồ thị
điện áp ra ở dưới :
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 :
=
= (2)
c. Khoảng van dẫn ứng với α = 90 ÷ 150
0
:
Trong phạm vi này chỉ có các giai đoạn hai van dẫn hoặc không có
van nào dẫn xen kẽ nhau. Ta có đồ thị điện áp ra như ở dưới :
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 :
=
= (3)
Theo ba biểu thức (1), (2), (3) và cho các giá trị α khác nhau và lấy P
ở α = 0 là 100% ta có bảng các giá trị và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công
suất ra tải P và góc điều khiển α :
α
P%
α
P%
0 100 90 29,3

20 98,6 100 18,1
30 95,6 110 9,7
40 90,2 120 4,3
50 81,8 130 1,3
60 70,6 140 0,1
70 57,16 150 0
80 42,8
Nhận xét : công suất đưa ra tải là lớn nhất khi góc điều khiển α = 0
nhưng với α =30 thì công suất ra tải cũng xấp xỉ khi α = 0.
Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu tiristor đấu song song
ngược tải thuần trở đấu tam giác, dạng điện áp từng pha cũng như vậy. Tuy
nhiên, do tải đấu tam giác nên khi mạch có ba van dẫn thì điện áp rơi trên
điện trở tải là điện áp dây, khi mạch có hai van dẫn thì điện áp rơi trên điện
trở tải giữa hai dây đó là điện áp dây còn điện áp rơi trên hai điện trở còn lại
bằng một nửa điện áp dây.
2.3. TÍNH CHỌN VAN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ.
2.3.1. Tính chọn van bán dẫn.
Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng cho lò nhiệt ta sử dụng
mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ngược, tải
thuần trở đấu sao.Các biểu thức thể hiện quan hệ giữa công suất ra tải P và
góc điều khiển α
Với α = 0 ÷
o
60
:
P =
]
8
2sin
46

[
R
U3
2
dm
α
+
α
−
π
π
Với α = 60 ÷ 90
o
:
P =
]2cos
16
3
2sin
16
3
12
[
R
U3
2
dm
α+α+
π
π

Với α = 90 ÷ 150
o
:
P =
]2sin
16
1
2cos
16
3
424
5
[
R
U3
2
dm
α+α+
α
−
π
π
Khi α = 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 α = 0 là :
P =

max
P
= 50 (kw)
Dựa vào công thức (1) ta tính được công suất ra tải khi α = 0
t
2
dm
max
R2
U
P =

3
2
max
2
dm
t
10.50.2
380
P2
U
R ==
= 1,444 (Ω)
ta xác định được dây điện trở của lò có giá trị là 1,444 (Ω). 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 được các yêu cầu kinh tế kĩ thuật của lò nhiệt.
Tiếp theo, ta tiến hành chọn van thông qua các thông số kỹ thuật
của van là điện áp ngược lớn nhất, dòng trung bình qua van
Như đã nói ở trên, hoạt động của mạch điều áp xoay chiều cũng

tương tự như mạch chỉnh lưu, cụ thể là mạch điều áp xoay chiều ba pha
sáu thyristor đấu song song ngược có nguyên lý hoạt động trong một chu
kỳ cũng giống như nguyên lý của mạch chỉnh lưu ba pha hình tia. Vì vậy,
ta có thể hoàn toàn áp dụng các thông số chọn van của mạch chỉnh lưu ba
pha hình tia cho mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song
song ngược. Cụ thể :
Điện áp ngược lớn nhất trên van :
dmfmaxng
U2U6U ==

537380.2U
maxng
==
(V)
Nhận xét : khi góc điều khiển α = 0 điện áp ra tải là hình sin và như
vậy, dòng trung bình qua van lúc này là lớn nhất. Từ đây ta có thể xác
định được giá trị dòng điện trung bình qua van.
∫
π
θ
π
=
0
maxmaxtb
sinI
2
1
I

(do tải thuần trở nên i trùng pha với u )


)]0cos(cos[
R2
U
I
maxf
maxtb
−−π−
π
=

444,1.
2.220
I
maxtb
π
=
= 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