đô an điện tu công suất thiết kế bộ nguồn cho lò nấu thép trung tần dùng tiristo

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, điên tử công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trong trong quá trình
công nghiệp hóa đất nước. sự ứng dụng của điện tử công suất trong các nghành luyện kim
như lò nấu luyện thép là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc rễ dàng tự
động hóa cho các quá trình sản xuất. các lò nấu thép được điều khiển bởi điện tử công suất
đem lại hiệu quả cao, chất lượng sản phẩm thép tốt hơn.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung học môn điện tử công suất em đã được
giao đề tài : ‘thiết kế bộ nguồn cho lò nấu thép trung tần dùng tiristo’. Với sự hướng dẫn của
thầy Dương Văn Nghi em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài .
Trong quá trình thực hiện đề tài ro khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không chánh
khỏi sai sót kính mong thầy đóng góp y kiến để đề tài em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn
Hà Nội, tháng 5 năm
2013
Sinh viên thực hiện

Trần Quốc Quỳnh


Chương 1:
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ
 Lò nấu thép (lò cảm ứng) thực hiện biến điện năng thành nhiệt năng theo nguyên
lý cảm ứng điện từ. Lò cảm ứng được xây dựng dựa trện nguyện lý của một máy
biến áp lõi không khí. Cuộn cảm được coi như cuộn sơ cấp, còn liệu kim loại
chứa trong nồi lò được coi như cuộn thứ cấp. Khi ta cho dòng điện xoay chiều đi
qua cuộn cảm ứng thì sẽ sinh ra từ thông biến thiên. Từ thông qua kim loại sinh
ra một sức điện động cảm ứng. Kim loại ở đây coi như một cuôn dây khép kín và
thẳng góc với từ thông biến thiên. Xuất hiện trong kim loại một dòng điện cảm
ứng và năng lượng của dòng điện cảm ứng sinh ra một nhiệt lượng lớn để nung
chảy kim loại. Như vậy khi lò làm việc thì xuất hiện 2 sức điện động cảm ứng
trong cuộn cảm ứng E

1
và trong kim loại E
2
. Các vòng của cuộn cảm ứng có
khoảng cách nhất định nện từ thông biến thiên bị mất mát lớn (từ thông tản ra
ngoài không khí) do vậy sức điện động cảm ứng E
1
> E
2
. Vì vậy phía cung cấp
vào cuộn cảm ứng một năng lượng lớn để tạo E
1
cao phù hợp với dung lượng lò,
đồng thời tạo ra E
2
đủ lớn để làm nóng chảy liệu trong lò. Khi kim loại bị cảm
ứng thì trong kim loại lập tức sinh ra từ thông chống lại từ thông do cuộn cảm
ứng sinh ra, do đó chiều dòng điện I
1
ngựơc chiều với dòng Fucô I
2
. Nhờ có dòng
điện Fucô I
2
tạo ra một lượng nhiệt đủ lớn để nấu chảy kim loại. Khi đưa dòng
điện xoay chiều vào cuộn cảm ứng thì lập tức trong kim loại sinh ra dòng điện
Fucô rất mạnh tạo ra nhiệt lượng lớn để nấu chảy kim loại.
 Theo tần số làm việc của lò, có thể chia ra làm ba loại: Lò điện cảm ứng tần số
công nghiệp f = 50Hz (hoặc 60Hz), Lò điện cảm tần số trung tần f = 500 ÷
10.000 Hz và Lò cảm ứng tần số cao tần f = 10.000Hz. Lò điện cảm ứng trung

tần: đây là loại lò có tần số làm việc nằm trung gian giữa lò điện cảm ứng tần số
công nghiệp và lò cao tần. Nhiệt lượng cung cấp cho lò để nấu chảy kim loại với
tốc độ nhanh, thích hợp với việc luyện thép các bon hoặc thép hợp kim trung bình
và cao.
CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG
ÁN TỐI ƯU
Từ yêu cầu đề tài ta ≫ mạch chỉnh lưu phải là chỉnh lưu có điều khiển .Công suất của lò nấu
là 1000 kw, nguồn điện sử dụng trung là nguồn 3 pha lên 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 sau :
• Chỉnh lưu hình tia 3 pha
• Chỉnh lưu cầu 3 pha
• Chỉnh lưu hình tia 6 pha
Nhưng chúng ta thấy rằng :
• Chỉnh lưu hình tia 3 pha co nhược điểm : chất lượng điện áp thấp , hệ số đập mạch
nhỏ, nếu công suất tải lớn sẽ ảnh hưởng xấu đến hệ số cosφ của lưới điện , làm méo
lưới điện và buộc phải dùng đến biến áp lực .
• Chỉnh lưu hình tia 6 pha tuy chất lượng điện áp tốt nhưng việc chế tạo máy biến áp
lực 6 pha tốn kém phức tạp giá thành cao lên phương án này không khả thi .
 Như vậy chúng ta sẽ thiết kế phần chỉnh lưu cho bo nguồn lò nấu thép dùng sơ đồ chỉnh
lưu cầu 3 pha điếu khiển.
Hiện nay thì các bộ chỉnh lưu dùng Tiristo ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp. Bộ chỉnh lưu Tiristo với các ưu điểm: thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ tự động
hoá và dễ điều khiển dòng, chi phí đầu tư rẻ, hiệu quả làm việc cao và ổn định. Do đó sử
dụng bộ chỉnh lưu để thiết kế bộ nguồn cho lò nấu thép trung tần là phương án phù hợp với
các tiêu chuẩn kinh tế và kỹ thuật.
Đối với đề tài này với việc lò có công suất lớn thì có các phương án khả thi sau:
+ Chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng.
+ Chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng.
Sau đây ta sẽ phân tích từng sơ đồ:

2.1. Chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng:
Sơ đồ: (với L
d
=
∞
)
Hình 2.1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng
Sơ đồ gồm 2 nhóm van: T1,T3,T5 đấu chung kathode
T2,T4,T6 đấu chung anode.
Điện áp nguồn:
θ
sin2
2
UU
a
=

)
3
2
sin(2
2
Π
−=
θ
UU
b

)
3

4
sin(2
2
Π
−=
θ
UU
c
Các van trong nhóm van lẻ thay nhau dẫn tạo nên điện áp U
KC
ở điểm đấu chung Kathode
và điện áp U
AC
ở điểm đấu chung anode khi các van chẵn thay nhau dẫn. Từ 2 điện áp này
suy ra điện áp ra là: U
d
=U
KC
-U
AC

Đồ thị dạng điện áp và dòng điện:
Hình 2.2. Đồ thị dạng điện áp và dòng điện của sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối
xứng
Giá trị trung bình của điện áp ra:

2 2
3 6
cos 2,34 .cos
d

U U U
α α
π
= =
Giá trị điện áp ngược lớn nhất đặt lên van:

2max
6UU
ng
=
Giá trị dòng trung bình qua van:
I
T
= I
d
/3
Công suất máy biến áp:
S
ba
= 1,05P
d
Ưu điểm:
 Chất lượng dòng đầu ra ổn định liên tục
 Độ đập mạch nhỏ do vậy chất lượng điện áp cao.
 U
do
= 2.34U
2
do đó nó có thể sử dụng ở điện áp khá cao.
 Hệ số sử dụng máy biến áp cao, công suất máy biến áp gần bằng công suất tải.

Nhược điểm:
 Mạch điều khiển phức tạp do phải điều khiển đồng bộ các van với nhau.
 Điện áp rơi trên van lớn hơn so với sơ đồ hình tia.
2.2. Chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng:
Sơ đồ: (với L
d
=
∞
)
Hình 2.3. Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng
Sơ đồ này gồm 2 nhóm van: T1, T2, T3 đấu chung kathode.
D1, D2, D3 đấu chung anode.
Trong sơ đồ này, các diode chuyển mạch tự nhiên còn các Tiristo chuyển mạch tại các
góc điều khiển α. Khi góc α < 60
0
thì điện áp U
d
luôn lớn hơn 0, nhưng khi α > 60
0
thì có giai
đoạn 2 van thẳng hàng cùng dẫn, khi đó dòng không được trả về nguồn mà chạy quẩn trong
tải nên U
d
= 0.
Điện áp trung bình ra tải:

2
1 os
2,34 .
2

d
c
U U
α
+
=
Giá trị trung bình của dòng chảy qua diode và Tiristo:
I
T
= I
D
=
3
d
I
Điện áp ngược lớn nhất đặt trên van:
U
ngmax
=
6
U
2
.
Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng có những ưu nhược điểm của sơ đồ
cầu như chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng. Khi so sánh với chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng nó có ưu
nhược điểm sau:
Ưu điểm:
 Điều khiển đơn giản hơn vì chỉ có 3 Tiristo.
 Hệ số công suất cos
ϕ

cao hơn.
Nhược điểm:
 Khi góc điều khiển α > 60
0
thì có đoạn điện áp bằng không, do đó không có lợi
cho tải và làm xuất hiện thành phần sóng bậc cao.
Đồ thị dạng điện áp và dòng điện:
Hình 2.4.Đồ thị dạng điện áp và dòng điện của sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng
Kết luận: Từ phân tích trên ta thấy cả hai sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng và không
đối xứng đều có chất lượng điện áp ra rất tốt. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng tuy
điều khiển đơn giản hơn nhưng độ nhấp nhô điện áp lớn khi góc điều khiển α lớn, không phù
hợp với yêu cầu. Với lò nấu thép cảm ứng, để nấu chảy kim loại nhanh cần có công suất lớn,
chất lượng dòng điện đầu ra phải liên tục, mặt khác trong các giai đoạn nấu luyện lại cần thiết
công suất điện với mức độ khác nhau. Do vậy bộ chỉnh lưu thích hợp cho thiết bị này hơn cả
là chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC
Ta có các thông số:
− Công suất tải: P
t
=1000 (kW)
− Điện áp trên vòng cảm ứng 1000 (V)
− Tần số làm việc: f = 0.5 (kHz)
− Hệ số công suất tải: cosφ
đm
= 0,4
Giả sử thời gian phục hồi tính chất điều khiển của van là t
k
= 50,5 (
µ
s). Tụ C phải có

công suất đủ lớn để bù hết công suất phản kháng của tải và tạo ra góc
min
β > β
. Chọn:


(Với:β là góc khóa của nghịch lưu)
Ta có U
d
= 1000.cosβ = 776(V)
 Do điện áp ra của bộ chỉnh lưu là : U
d
= 776 V mà điện áp của nguồn cấp là
nên ta cần dùng máy biến áp.
3.1. Tính chọn van của bộ chỉnh lưu:
 Các thông số của bộ chỉnh lưu:
− Do m†i van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ nên dòng trung bình qua van là:
Trong lò nấu thép ta sử dụng phương pháp làm mát van bằng nước nên chọn hệ số dự trữ
dòng điện k
I
= 1,6. Do đó ta chọn van có:
− Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van tính đến trường hợp điện áp nguồn lên cao
nhất, hơn 10 % định mức là :
Với việc làm mát bằng nước thì ta chọn hệ số dự trữ quá áp là k
U
= 1,6. Do đó ta có điện áp
của van cần chọn là: :

 Từ các thông số đã tính toán ở trên ta chọn đồng loạt 6 Thyristor loại KP do Trung
Quốc sản xuất có thông số như sau :

− Ký hiệu: KP 1000A/3500V
− Điện áp ngược cực đại U
n
= 2500 (V)
− Dòng điện làm việc cực đại I
đm
= 1500 (A)
− Dòng điện xung điều khiển = 150 (mA)
− Điện áp xung điều khiển = 3 (V)
− Đạo hàm điện áp dU/dt =1000 (V/s)
3.2. Tính toán cuộn kháng lọc:
Cuộn kháng lọc có tác dụng san phẳng dòng , cải thiện hệ số đập mạch của mạch chỉnh
lưu. Hiệu quả của bộ lọc được đánh giá qua hệ số san bằng
Trong đó:
– hệ số đập mạch đầu vào của sơ đồ chỉnh lưu trước bộ lọc
– hệ số đập mạc đầu ra, đặc trưng cho khả năng giảm độ đập mạch của bộ lọc
Do tải công suất lớn, điện trở nhỏ nên rất thích hợp với lọc điện cảm. Trị số điện cảm L (
) càng lớn so với thì lọc càng tốt.
Điện cảm L được tính theo công thức:
nếu
Trong đó:
R
d
là tổng tất cả các điện trở tải có thể coi
M
đm
là số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ điện áp nguồn xoay
chiều m
đm
= 6

là tần số góc của điện áp xoay chiều này
Với mạch chỉnh lưu câu 3 pha, hệ số đập mạch vào k
đmv
= 0,057. Chọn hệ số đập mạch ra k
đmr
= 0,01

Điên trở tải là :

Như vậy giá trị điện cảm lọc cần thiết là:

Hay L = 1,008 mH
3.3. Tính toán mạch bảo vệ cho van:
 Trên thực tế quá áp gây hỏng van có hai dạng đó là: quá áp về biên độ vượt trị số cho
phép của van và quá tốc độ tăng áp thuận đặt lên van. Để bảo vệ quá áp ta sử dụng mạch RC
mắc song song các van.
 Việc tính toán các phần tử này khá phức tạp nên ta thực hiện theo phương pháp kinh
nghiệm. Và có một số điểm cần lưu ý với phương pháp kinh nghiệm như sau:
- R2 thường nằm trong khoảng vài chục đến 100 (Ω)
- C2 thường nằm trong khoảng 0,1 ÷ 2 (μF)
- Dòng điện lớn thì chọn điện trở nhỏ và tụ lớn, ngược lại nếu dòng điện nhỏ thì
chọn tụ nhỏ và trở lớn.
 Do I
d
= 1500 (A) nên dòng lớn do đó ta chọn như sau:
R = 10 ÷ 20 Ω/100W; C = 1μF/1000V
Hình 2.2. Sơ đồ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng cùng các thiết bị bảo vệ
CHƯƠNG4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
4.1. Nhiệm vụ của mạch điều khiển:
 Phát xung điều khiển cho các van đúng thời điểm và đúng góc

α
cần thiết.
 Dạng xung để điều khiển van là xung chùm.
 Đảm bảo phân phối xung điều khiển cấp cho các van đúng thời điểm, không để xảy ra
ngắn mạch sự cố có thể phá hủy van.
 Phát xung điều khiển có tần số lớn và có thể khuếch đại công suất xung điều khiển để
đảm bảo đủ dòng mở cho van.
4.2. Yêu cầu của mạch điều khiển:
 Đảm bảo phạm vi điều chỉnh trong khoảng
α
min
÷
α
max
và tính đối xứng của xung
điều khiển (các van có sai lệch giá trị
α
< 1
0
÷
3
0
).
 Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về
giá trị điện áp và tần số.
 Có khả năng chống nhiễu tốt.
 Cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển.
 Có độ tác động nhanh.
 Thực hiện yêu cầu về bảo vệ chỉnh lưu từ phía điều khiển (ngắt xung khi có sự cố
ngắn mạch tải, khi có chạm điện cực).

4.3. Sơ đồ khối của mạch điều khiển:
Hình 4.1. Sơ đồ khối của mạch điều khiển
4.4. Thiết kế mạch điều khiển:
4.4.1. Khâu đồng pha và tạo điện áp đồng bộ:
4.4.1.1. Chức năng:
 Khâu này phải tạo ra 1 điện áp có góc lệch pha cố định với điện áp đặt lên van lực,
phù hợp nhất cho mục đích này là biến áp.
 Chuyển đổi điện áp lực có giá trị cao sang giá trị phù hợp với điện áp điều khiển có
giá trị thấp.
 Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển với mạch lực nên đảm bảo an toàn
cho người sử dụng cũng như các linh kiện điều khiển.
4.4.1.2. Nguyên lý:
Hình 4.2. Sơ đồ và dạng điện áp ra của khâu đồng pha và tạo điện áp đồng bộ
 Khâu điện áp đồng pha U
df
thực chất là mạch chỉnh lưu diode hình tia 2 pha.
 Khâu đồng bộ thực hiện bằng khuếch đại thuật toán OP1.
−
Điện áp đồng pha được đưa vào cửa dương của khuếch đại thuật toán.
−
Điện áp đưa vào cửa âm của khuếch đại thuật toán là
1
0
1 2
VR
U E
VR R
=
+
.

−
Ta có:
( )
( )
0 0 0db df
U A U U A U U
+ −
= × − = × −
.
−
Khi U
df
> U
o
thì U
ra
= U
db
= U
bh
. Khi U
df
< U
o
thì U
ra
= U
db
= -U
bh

−
Điều chỉnh U ta có thể đưa ra U
db
= ± U
bh
= ± (E -1,5V)
4.4.1.3. Tính toán:
 Chọn biến áp 1 pha có điểm giữa. Hệ số biến áp k =
1
2
U
U
= 69.
−
Điện áp U
1
ở đây chính là điện áp nguồn đấu tam giác.Do đó điện áp đồng pha
cùng pha với điện áp đặt lên van lực.
−
Ta có U
1
= 690V. Suy ra: U
2
=
1
2.69
U
= 5 (V)
 Chọn các điện trở:
− Ta có: u

df
=
2
.5.|sinωt.|
−
Chọn R
0
= 1 (kΩ). R
2
được mắc vào để chia áp ra U
0
.
−
Chọn góc dịch pha là 5
0
. Ta có U
o
=
2
.5.sin5 = 0,62 (V)
−
Ta có
0
E
U
=
1 2
1
VR R
VR

+
suy ra R
2
= (
0
E
U
-1).R
1
(với E là nguồn cung cấp cho đầu
vào đảo). Chọn E = 15V suy ra R
2
= 24R
1
−
Chọn R
1
= 1 (kΩ), R
2
= 24 (kΩ)
 Chọn khuếch đại thuật toán:
−
Ta chọn loại LM301A có các thông số sau:
du/dt = 10 (V/μs) Z
ra
= 75 (Ω)
I
ramax
=1 (A) Z
vao

= 2 (MΩ)
Điện áp rơi là 1,9 (V)
− Chọn nguồn cung cấp cho OPAM là 12V. Do đóU
bh
= 12-1,9 = 10,1 (V)
 Chọn Diode:
− Ta cóU
2
=5(V) nên điện áp chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ trung bình U
d
=0,9U
2
=4,5V
− Dòng trung bình qua diode là I
v
= k
i
.
2
d
I
= k
i
.
2.
d
o
U
R
= 6,75 (mA)

− Điện áp ngược đặt lên van: U
ngmax
= k
u
.2
2
U
2
= 22,6 (V)
(k
i
và k
u
là hệ số dự trữ dòng điện và điện áp,lấy k
i
= 3 và k
u
= 1,6)
− Do đó ta chọn diode loại PMDB914
4.4.2. Khâu tạo điện áp răng cưa:
4.4.2.1. Chức năng:
 Khâu này sẽ hoạt động theo nhịp của khâu đồng pha và tạo nên điện áp có dạng răng
cưa.
4.4.2.2. Nguyên lý:
Hình 4.3. Sơ đồ và dạng điện áp ra của khâu tạo điện áp răng cưa
 Khi U
db
<0, nếu chọn R
3
<< (R

4
+VR
2
) thì ta có thể coi như nhánh trên không tham gia
vào mạch. Suy ra
3
3
3
1
1 1 3 1 3
1 1
.
.
r
bh d
rc c r t t
U
U U
U U i d d t
C C R C R
−
= = = =
∫ ∫
. Điện áp tăng tuyến tính với
độ dốc cao cho đên U
Z1
thì ngừng.
 Khi U
db
>0, D

3
khoá lại chỉ còn nguồn E tham gia vào mạch, tương tự điện áp giảm
tuyến tính theo phương trình
1
1 2 4
.( )
rc Z
E
U U t
C VR R
= −
+
. Điều chỉnh VR
2
có thể đưa U
rc
về 0
khi vừa hết nửa chu kì.
(Đoạn U
db
<0 càng ngắn thì dạng U
rc
càng giống tam giác vuông.)
4.4.2.3. Tính toán:
 Chọn Diode và OPAM:
− Theo trên,ta có đoạn mà điện áp đồng bộ âm tương ứng với góc 10
0
,hay đoạn điện
áp đồng bộ âm tương ứng với thời gian :
10

180
.0,01 = 5,6.10
-4
s =0,56 (ms)
− Chọn diode loại PMDB914 và OPAM loại LM301A như trên.
− Nguồn cung cấp cho OPAM là
±
12 (V)
 Chọn diode Zener BZX284-B10 có U
Z
=10 (V)
 Tính chọn R
3
, R
4
, VR
2
, C
1
:
− Khi điện áp U
db
âm thì U
ra
tăng tuyến tính đến giá trị của diode Zener và khi U
db
dương thì U
ra
giảm tuyến tính. Ta sẽ chọn C, R
4

+VR
2
sao cho quá trình giảm này sẽ giảm về 0
khi U
db
chuyển trạng thái từ dương sang âm.
− Đoạn U
db
dương tương ứng với 170
0
điện tức là T =
170
180
.0,01 = 9,44 (ms)
− Do đó cần U
Z
-
1 4 2
.( )
E
C R VR
+
.T = 0. Chọn C
1
= 0,22 (µF) suy ra:
R
4
+VR
2
=

1
.
.
Z
E T
U C
= 65 (kΩ)
− Chọn R
4
= 50 (kΩ) và biến trở VR
2
= 15 (kΩ)
− Chọn R
3
sao cho tụ nạp đến giá trị U
Z
trước khi kết thúc thời gian nạp tức tụ phải
nạp đến U
Z
trước thời gian t = 0,56 (ms) hay 0,56 < R
3
.C
1
. Do đó chọn R
3
= 2 (kΩ)
4.4.3. Khâu so sánh:
4.4.3.1. Chức năng:
 So sánh 2 điện áp răng cưa và điện áp điều khiển với nhau.
 Điểm cân bằng giữa chúng chính là điểm xác định góc

α
.
4.4.3.2. Nguyên lý:
Hình 4.4. Sơ đồ và dạng điện áp ra của khâu so sánh
 Điện áp U
rc
và U
dk
lần lượt được đưa vào đầu vào đảo và đầu vào không đảo của
khuếch đại thuật toán.
− Khi U
rc
>U
dk
thì điện áp ra là âm bão hoà.
− Khi U
rc
<U
dk
thì điện áp ra là dương bão hoà.
 Diode làm cho điện áp ra không có đoạn âm trên.
4.4.3.3. Tính toán:
 Khuếch đại thuật toán chọn loại LM301A như trên nguồn cung cấp
±
12V.
 Diode được chọn giống như trên.
4.4.4. Khâu tạo xung chùm:
4.4.4.1. Chức năng:
 Xung chùm có ưu điểm là dễ dàng truyền xung và cách ly cùng lúc.
4.4.4.2. Nguyên lý:

Hình 4.5. Sơ đồ và dạng điện áp ra của khâu tạo xung chùm
 OPAM được sử dụng như bộ so sánh 2 cửa. Tụ điện cần được tích điện ban đầu.
 Tụ liên tục phóng nạp và OPAM đảo trạng thái liên tục.
4.4.4.3. Tính toán:
 Chọn điện trở và tụ:
−
Chu kỳ dao động: T = 2R
7
C
2
ln(1+2R
6
/R
5
)
−
Chọn tần số của xung chùm là 10 (kHz) thì chu kỳ của xung là T=10
-4
(s)
−
Chọn R
6
= 13 (kΩ), R
7
=7,5 (kΩ)
−
Do đó R
7
.C
2

=
4
6 7
10
2.ln(1 2. / )R R
−
+
= 3,34.10
-5.
−
Chọn C
2
=10 (nF) thì R
7
= 3340 (Ω). Chọn R
7
= 3,3 (kΩ)
 Chọn OPAM và diode: giống như trên.
4.4.5. Bộ trộn xung:
4.4.5.1. Chức năng:
 Trộn các xung để tạo ra các xung mở van có hình dạng phù hợp với điện áp lực.
4.4.5.2. Nguyên lý:
Hình 4.6. Sơ đồ và dạng điện áp ra của bộ trộn xung
 Bộ trộn xung thực hiện chức năng hàm AND giữa 3 tín hiệu điện áp :
−
Điện áp so sánh U
ss
−
Điện áp xung chùm U
xc

−
Điện áp lấy từ thứ cấp biến áp đồng pha qua khâu RD có điện áp U
tx
 Chỉ khi U
tx
, U
xc
và U
ss
đều ở mức logic cao thì mới có tín hiệu ra ở đầu ra của cổng
AND là xung chùm.
 Tương tự ta dùng 1 bộ phân phối lấy điện áp ở mạch thứ cấp còn lại của biến áp đồng
pha ta sẽ được điện áp phân phối đưa vào cổng AND là điện áp tương ứng với nửa chu kỳ mở
van T
4
. Thực hiện bộ trộn xung tương tự ta sẽ có xung mở van T
4
.
4.4.5.3. Tính toán:
 Chọn cổng AND họ CMOS loại 4073 có điện áp nguồn nuôi 12V.
 Chọn loại diode Zener loại 10V.
 Chọn R
10
= 1 (kΩ)

4.4.6. Khâu khuếch đại xung:
4.4.6.1. Chức năng:
 Khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công suất xung do khâu tạo dạng xung hình thành
đủ mạnh để mở van lực.
4.4.6.2. Nguyên lý:

Hình 4.7. Sơ đồ khâu khuếch đại xung
 Sơ đồ sử dụng biến áp xung với tầng khuếch đại Darlington sử dụng 2 transistor T
1
,
T
2
. Khi có xung chùm đặt vào cực bazo của T
2
thì T
2
mở cho dòng chảy từ nguồn nuôi qua
biến áp xung qua T
1
đến mở T
2
dẫn dòng chính chảy qua biến áp xung xuống đất. Như vậy
điện áp trên sơ cấp biến áp xung và dòng điện chảy qua nó cũng có dạng xung. Dòng điện
này cảm ứng sang cuộn thứ cấp và ở thứ cấp cũng có dòng điện xung đi vào cực điều khiển
của Tiristo. Trong mạch trên D
5
có tác dụng trả năng lượng tích luỹ trong cuộn cảm về nguồn
khi mà cuộn sơ cấp đang dẫn dòng thì T
1
, T
2
khoá lại. Điện trở R
13
cũng có tác dụng tiêu tán
năng lượng chảy từ T
2

để T
1
khoá dễ dàng hơn. Tuy nhiên điện trở này mắc nối tiếp với cuộn
sơ cấp biến áp xung nên làm giảm điện áp trên cuộn sơ cấp. Do đó cần mắc tụ C
3
để khi T
2
khoá tụ phải nhanh chóng nạp đến trị số điện áp nguồn.
4.4.6.3. Tính toán:
 Ta có: van lực CA398PA có U
dk
=3 (V) và I
dk
= 400 (mA).
 Chọn biến áp xung có hệ số biến đổi là 3
− Do đó tham số dòng điện và điện áp cuộn sơ cấp là:
U
1
= U
dk
.k = (3+0,7).3 = 11,1 (V); (điện áp rơi trên diode khoảng 0,7 V)
I
1
= I
dk
/k = 400/3 (mA)
− Biến áp xung chọn loại có công suât S ≥ U
1
.I
1

= 0,13.11,1 = 1,48 (VA)
 Chọn nguồn cung cấp E
cs
= 15 (V)
 Chọn bóng T
1
loại BD135 có tham số U
ce
=45V; I
cmax
= 1,5 (A); β
min
= 40
 Chọn điện trở R
13
>
ax
cs
cm
E
I
= 10 (Ω). Chọn R
13
= 12 (Ω)
− Công suất trên điện trở này là khá đáng kể do dòng qua nó là thường xuyên và khá
lớn. Kiểm tra độ sụt áp trên điện trở này khi bóng T
1
dẫn:
U
R13

= I
1
.R
13
= 0,8 (V)
U
1
= E
cs
-U
R13
= 14,2 (V) và đạt yêu cầu.
 Tuy nhiên để tăng mạnh xung kích cho van có thể dùng thêm tụ C
3
.
− Tần số xung chùm 10 (kHz) tương ứng với chu kỳ 1 xung là:
T
xc
=
1
xc
f
= 0,1 (ms)
− Cho rằng xung đối xứng thì khoảng nghỉ bằng khoảng có xung tức là khoảng cách
giữa 2 xung là t
n
= 0,5.T
xc
= 0,05 (ms)
− Chọn C

3
sao cho C
3
<
13
3.
n
t
R
= 1,4.10
-6
(F)=1,4 (µF). Chọn C
3
= 1 (µF)
 Chọn bóng T
2
loại BC107 có: U
ce
= 45 (V); I
cmax
= 0,1 (A); β
min
= 110
 Chọn điện trở R
11
.
− Ta có: R
11
>
ax

ax
vm
vm
U
I
=
3
10
1.10
−
= 10 (kΩ)
R
11
<
1 2
1 ax
. .
.
cs
m
E
s I
β β
= 44.10
3
(Ω) = 44 (kΩ)
− Chọn R
11
=15kΩ.
 Chọn R

12
= R
14
= 1 (kΩ)
 Chọn diode loại PMDB914
4.4.7. Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển:
Trong mạch điều khiển ta đã sử dụng nguồn cung cấp cho OPAM và nguồn DC cho mạch
đồng bộ, mạch tạo răng cưa, mạch khuếch đại xung. Sau đây ta sẽ thiết kế các mạch nguồn
trên.
4.4.7.1. Nguồn
±
12 V:
 Với nguồn cung cấp cho OPAM là
±
12V ta chọn hai IC LM7812C và LM7912 có I
cp
= 1,5 (A)
 Để chất lượng điện áp ra tốt, chọn các tụ có giá trị 10 (µF)
 Chọn diode loại PMDB914

Hình 4.8. Sơ đồ bộ nguồn
±
12 V

4.4.7.2. Nguồn +15 V:
 Với các nguồn DC cung cấp ta dùng nguồn +15 V.
 Với nguồn cung cấp là 15V ta chọn các IC LM7815C.
 Các diode và tụ chọn như trên.
Hình 4.9. Sơ đồ bộ nguồn +15 V

4.4.8. Bộ tạo luật điều khiển:
4.4.8.1. Chức năng:
 Lấy tín hiệu từ tải phản hồi về để đưa ra 1 tín hiệu điều khiển thích hợp.
4.4.8.2. Nguyên lý:
Hình 4.10. Sơ đồ bộ tạo luật điều khiển
IN
GND
OUT
LM7812C
IN
GND
OUT
LM7912C
+12V
-12V
IN
GND
OUT
LM7815C
+15V

Do dòng điện của lò nấu thép là rất lớn nên ta cần dùng biến dòng BI để giảm dòng
điện đồng thời cũng làm nhiệm vụ cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển.

Vì mạch phản hồi chỉ làm việc với tín hiệu một chiều nên sau BI ta sẽ dùng mạch
chỉnh lưu cầu để biến tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều.

Sau mạch chỉnh lưu ta dùng thêm tụ để lọc.

Để đưa ra tín hiệu điều khiển U

đk
ta sử dụng mạch trừ. Chọn R
15
= R
16
= R
17
= R
18
nên
ta có U
đk
= U
cn
– U
ph

Giả sử vì một lý do nào đó mà dòng điện trong lò nấu thép bị giảm đi, khi đó điện áp
trên BI cũng giảm theo qua bộ chỉnh lưu cầu và lọc thành điện áp một chiều chính là điện áp
phản hồi U
ph
. U
ph
này cũng giảm xuống, mà U
đk
= U
cn
– U
ph
do đó U

đk
tăng lên làm góc α
giảm, mà U
d
= U
d0
.cosα nên điện áp sau bộ chỉnh lưu U
d
tăng lên và dòng I
d
cũng tăng lên.
Do vậy mà dòng điện trong lò nấu thép cũng tăng lên giúp cho lò làm việc ổn định.

Tương tự khi dòng điện trong lò tăng lên thì điện áp trên BI tăng nên U
ph
cũng tăng.
Do đó U
đk
giảm dẫn đến góc α tăng lên khiến điện áp U
d
giảm nên dòng I
d
cũng giảm. Vì vậy
mà dòng điện lò được giữ ổn định.