thiết kế bộ nguồn 1 chiều cấp cho lọc bụi tĩnh điện

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ LỌC TĨNH ĐIỆN
Nền kinh tế ngày càng phát triển không ngừng dần đáp ứng được nhu cầu của
con người về vật chất và văn hóa nhưng mặt trái của nó là kéo theo tình trạng ô
nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng.Ở Việt Nam,tại những vùng tập trung
nhiều công nghiệp,tình trạng khói bụi,khí độc hại thải ra môi trường gây ô nhiễm là
rất đáng lo ngại.Do đó việc trang bị các hệ thống xử lí bụi trong các nhà máy xí
nghiệp là thực sự cần thiết và có vai trò ngày càng quan trọng.
Trong đó phương pháp lọc tĩnh điện là phương pháp tương đối hiệu quả đối
với các nhà máy công nghiệp có một lượng bụi lớn như nhà máy xi măng,nhà máy
phân bón luyện kim,nghiền đá,công nghiệp gốm…v v Nó có các ưu điểm cơ bản
như hiệu suất thu bụi cao, chi phí năng lượng thấp,có thể làm việc với áp suất chân
không hoặc áp suất cao,và đặc biệt có thể điều khiển và tự động hóa hoàn toàn.
Lọc bụi tĩnh điện (ESP) là thiết bị lọc bụi bằng phương pháp tĩnh điện.
Nguyên lý của ESP là: Khi dòng khói đi qua điện trường (được tạo bởi dòng điện
một chiều có hiệu điện thế cao) dòng khói sẽ bị điện li tạo thành các điện tử, các
ion âm và các ion dương. Bụi trong khói khi đi qua điện trường cũng bị nhiễm
điện, các hạt bụi nhiễm điện sẽ bị hút về phía các điện cực trái dấu và bám trên bề
mặt các điện cực. Sau một thời gian bụi bám trên bề mặt điện cực sẽ có chiều dày
nhất định thì sẽ được hệ thống búa gõ, máy rung tách các hạt bụi và đưa về phễu
thu hồi. Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố
như: kích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều khiển điện
trường, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng không khí trong vùng
điện trường. Tùy theo lưu lượng bụi của buồng lọc mà hệ thống tự động điều chỉnh
1
điện áp cao áp vào buồng lọc sao cho đạt được hiệu suất lọc bụi cao nhất.Với điều
kiện hoạt động tốt hệ thống có thể đạt hiệu suất lọc bụi đạt trên 95%.
Hình 1.1: Nguyên lý phương pháp tĩnh điện
Ưu điểm chính của ESP so với các phương pháp lọc bụi khác là:
• Hiệu suất khử bụi cao: Có thể hơn 99%

• Tổn thất áp lực dòng nhỏ
• Có thể lọc được bụi có kích thước rất nhỏ: 0.1µm
• Tiêu hao điện năng thấp
• Lưu lượng khói đi qua thiết bị lớn
• Chịu được nhiệt độ cao: có thể lên đến 450
0
C
1.2. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH
ĐIỆN
Thiết bị lọc bụi tĩnh điện làm việc dựa trên nguyên lý làm sạch không khí bằng
việc ion hóa và tách bụi khói ra khỏi không khí khi chúng đi qua trường điện từ .
Hiệu quả của thiết bị này phụ thuộc vào tính chất của không khí , độ bẩn bụi , tính
2
chất cực điện , thông số điện của thiết bị , tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng
đều lượng khí trong trường điện từ .
Nguyên tắc sơ đồ lọc bụi tĩnh điện cấu tạo từ các linh kiện cơ bản hình thành
bởi 2 tấm điện cực đứng song song. Giữa 2 điện cực này được thiết lập một hiệu
điện thế một chiều tương đối cao nên cường độ điện trường do chúng gây ra có giá
trị tương đối lớn dẫn đến các hạt bụi sẽ bị ion hóa mãnh liệt. Dưới tác dụng của lực
điện trường giữa hai bản cực, các ion bị hút về phía bản cực trái dấu: ion âm về cực
dương, ion dương về cực âm . Cực dương của thiết bị lọc bụi thường được 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, người ta định kỳ rung lắc điện cực,
hoặc xối nước rửa điện cực để loại bỏ bụi.
Để đạt được các yêu cầu trên, ta phải thiết kế một mạch điều khiển cho hai bản
cực và chỉnh lưu điện áp cho mạch.
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống LBTĐ
Với mạch điều khiển công nghệ lọc bụi tĩnh điện, ta cần tạo ra một hiệu điện
thế 1 chiều tương đối cao, có thể điều khiển được. Ngoài ra sơ đồ này không làm
3

lệch pha lưới điện, thiết kế bộ lọc đơn giản và điện áp ngược trên các van có thể
bằng 0.
1.3. CÁC PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC
Có 2 phương án:
- PHƯƠNG ÁN 1: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều chỉnh được
đó là bộ chỉnh lưu dùng các điôt sau máy biến áp và một bộ điều áp xoay chiều
trước máy biến áp (hình 1.3).
Điện áp đặt lên mỗi thyristor là tương đối nhỏ (400 V) chính vì vậy rất dễ cho
việc chọn van và điều khiển và bảo vệ van. Ta thấy rằng dòng điện chảy qua
thyristor là rất lớn và đây là nhược điểm của phương pháp này nhưng không phải là
nhược điểm lớn, có thể vẫn chọn được van phù hợp.
Như vậy là điện áp đặt lên mỗi thyristor là tương đối nhỏ chính vì vậy rất dễ
cho việc chọn van, điều khiển và bảo vệ van , không chỉ vậy còn giảm được vốn
đầu tư cho thiết kế hệ thống.
Hình 1.3 Phương án 1
- PHƯƠNG ÁN 2: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có thể điều chỉnh được
góc mở dùng các thyristor đặt sau máy biến áp (hình 1.4)
4
Dòng điện qua van là rất nhỏ nên rất dễ chọn van theo điều kiện dòng điện. Và
so với phương án 1 thì số lượng van ít hơn. Ưu điểm thứ hai của phương án là chỉ
có một bộ chỉnh lưu mà không dùng đến bộ điều áp.
Hình 1.4 Phương án 2
Dòng điện qua van là rất nhỏ nên rất dễ chọn van theo điều kiện dòng điện.Và
so với phương án 1 thì số lượng van ít hơn. Ưu điểm thứ hai của phương án là chỉ
có một bộ chỉnh lưu mà không dùng đến bộ điều áp.
Điện áp qua van 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.
CHƯƠNG 2
5
THIẾT KẾ MẠCH LỰC

2.1.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
Khí thải lọc bụi được thổi qua một hệ thống hai điện cực. Giữa hai điện cực
này được thiết lập một hiệu điện thế một chiều tương đối cao nên cường độ điện
trường do chúng gây ra có giá trị lớn dẫn đến các hạt bụi sẽ bị ion hóa mãnh liệt.
Dưới tác dụng của lực điện trường giữa hai bản cực,các ion bị hút về phía bản cực
trái dấu: ion âm về cực dương, ion dương về cực âm. Cực dương của thiết bị lọc
bụi thường được 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, người ta
định kì rung lắc điện cực, hoặc xối nước 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.
Với công nghệ lọc bụi này khi thiết kế ta gặp phải một số vấn đề sau:
- Thứ nhất là điện áp trên cao áp lọc rất cao,vào cỡ 70KV đến 100KV. Với
điện áp cao này ta sẽ rất khó chọn van, có thể giá thành của hệ thống sẽ cao.
- Thứ hai là trong quá trình lọc do lượng khí giữa hai bản cực khi ion hóa tạo
thành dòng điện nên hệ thống rất hay bị ngắn mạch. Vì vậy ta phải thiết kế một hệ
thống chống ngắn mạch và tự động đóng mạch vào điện áp làm việc sau khi kết
thúc phóng điện. Điện áp của thiết bị lọc bụi phải được tăng dần ổn định để đảm
bảo cho lượng bụi được hút ổn định và để tránh sự phóng điện không kiểm soát
được giữa các bản cực.
2.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC
Do chỉnh lưu cầu có ưu điểm hơn các mạch chỉnh khác về hệ số sử dụng máy
biến áp và điện áp ngược đặt lên van rất phù hợp với đặc điểm của tải là điện áp
cao và dòng tải nhỏ nên chỉnh lưu cầu được chọn.Chỉnh lưu cầu ba pha có ưu điểm
hơn về hệ số sử dụng máy biến áp và chất lượng điện áp một chiều đầu ra nhưng để
6
đơn giản hóa vấn đề điều khiển và xét đến giá thành của hệ thống ta chọn sơ đồ cầu
một pha có điều khiển.
Tuy nhiên vì điện áp đầu ra rất cao nên việc thỏa mãn được điện áp ngược đặt
lên van là một vấn đề quan trọng cần giải quyết.Ta xem xét đến hai phương án

mạch lực:
-Phương án 1: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều chỉnh được đó là
bộ chỉnh lưu dùng các điot sau máy biến áp và bộ điều áp xoay chiều trước máy
biến áp.
-Phương án 2: Dùng một bộ chỉnh lưu cầu ba pha có thể điều chỉnh được góc
mở dùng các thyristor đặt sau máy biến áp.
Phương án 1
Hình 2.1. Phương án 1
Cấu tạo: Gồm bộ điều áp ba pha sử dụng sáu thyristor mắc song song
ngược(T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
), máy biến áp nối Y-Y và bộ chỉnh lưu cầu ba pha sử dụng
sáu điốt (D
1
D
2
D
3
D
4

D
5
D
6
)
Hoạt động của sơ đồ: Điện áp ba pha từ nguồn vào qua bộ điều chỉnh xung
áp sẽ được điều chỉnh do tín hiệu của mạch điều khiển. Điện áp xoay chiều ba pha
sau điều chỉnh đưa tới máy biến áp ba pha nối Y-Y để tăng điện áp. Điện áp sau khi
7
được tăng đưa qua chỉnh lưu cầu ba pha để biến đổi thành dòng một chiều đưa đến
tải
Điều áp 3 pha: các van T
1
, T
4
lần lượt dẫn dòng theo 1 chiều xác định nên
dòng qua cặp Thysistor đấu song song ngược này là dòng xoay chiều. Các van
Thysistor được phát xung điều khiển lệch nhau góc 180
o
điện để đảm bảo dòng qua
cặp van là hoàn toàn đối xứng .
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.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.
Nhiệm vụ và cách hoạt động của máy biến áp: Nâng điện áp sau khi điều áp
lên điện áp 50-100kV để đáp ứng yêu cầu điện áp cao của công nghệ của lọc bụi
tĩnh điện. Điện áp đầu vào sau khi điều áp sẽ được đưa vào cuộn sơ cấp của máy
điện 3 pha.Sau khi được nâng áp tới điện áp U

2
= m.U
1
( với m là tỉ số biến đổi của
máy biến áp).Điện áp được nâng áp sẽ được đưa ra ở các cuộn dây thứ cấp để đưa
vào bộ chỉnh lưu .
Quan hệ giữa góc mở và công suất rơi trên 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, dođó 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.
8
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 Thysistor 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 :
R.I.3P
2
=
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) :

)sin(
R3
U
i
dm
ϕ+θ=
• Nếu chỉ có hai van dẫn (hay toàn mạch có hai van dẫn ) :
)sin(
R2
U
i
dm
ϕ+θ=
trong đó :
dm
U
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 :
Khoảng dẫn của van ứng với α = 0 ÷
o
60
:
Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van và hai van dẫn xen kẽ nhau như
đồ thị dưới đây :
9
Hình 2.2. Điều áp góc mở 60 [1]
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 :

R.I.3P
2
=
=
)d
3
sin
d
4
sin
d
3
sin
d
4
sin
d
3
sin
(
R
U3
3
2
2
3
2
3
2
2

3
2
3
2
3/
3
3
22
2
dm
θ
θ
+θ
θ
+θ
θ
+θ
θ
+θ
θ
π
∫∫∫∫ ∫
π
α+
π
α+
π
π
π
α+

π
π
α
α+
π
π
=
]
8
2sin
46
[
R
U3
2
dm
α
+
α
−
π
π
10
Tương tự tính toán trên các góc mở khác ta lập ra bảng sau ta có bảng các giá
trị và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất ra tải P và góc điều khiển α ( từ 0 đến
150 độ điện )
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
Bảng 2.1. Liên hệ giữa công suất và góc mở
Nhận xét :Điện áp đặt lên mỗi tiristor là tương đối nhỏ (400V) chính vì vậy
rất dễ cho việc chọn van, điều khiển và bảo vệ van. Không chỉ vậy còn giảm được
vốn đầu tư cho thiết kế hệ thống. Công suất của sơ đồ khá lớn
- Nhược điểm: Dòng điện chảy qua tiristor là rất lớn. nhưng không phải là
nhược điểm lớn, có thể vẫn chọn được van phù hợp.
Phương án 2
Cấu tạo: mạch gồm 1 nguồn xoay chiều 3 pha lí tưởng mắc vào bộ chỉnh lưu
gồm 6 Thysistor ( chia làm 2 nhóm : T
1
,T
3
,T
5
mắc chung Anode còn T
2
,T
4
,T
6
mắc chung Cathode ). Máy biến áp đằng trước nối Y-Y
11

Hình 2.2. Phương án 2
Hoạt động của sơ đồ: Điện áp lưới xoay chiều ba pha đưa qua máy biến áp
để tăng áp. Điện áp sau đó được đưa vào chỉnh lưu cầu ba pha có điều chỉnh để
điều chỉnh điện áp và chuyển thành dòng một chiều đưa vào tải
Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha được hoạt động theo nguyên lí khi kích mở 1 van phải
phát xung để kích mở kèm với 1 van trước đó và các van được mở theo thứ tự cách
nhau 60
0
điện . Ban đầu kích mở T
1
với góc mở α , dòng chảy từ pha a vào tải . Khi
van T
1
được kích mở thì đồng thời van T
2
được kích mở theo để van T
2
dẫn với van
T
2
. Sau khoảng thời gian 30
0
+ α . Van T3 được mở ra . Do lúc này thế pha b lớn
hơn thế pha a nên van T
1
bị đặt một điện áp ngược làm cho van T
1
tự động khóa
lại . Lúc nay van T
3

sẽ dẫn với van T
2
. Sau khoảng thời gian 3.30
0
+ α thì T
4
được
kích mở làm cho van T
3
dẫn với van T
4
. Do thế pha c âm hơn so với thế pha b nên
van T
2
bị đặt một điện áp ngược làm cho van T
2
khóa lại . Cứ như vậy, quá trình
này tiếp tục xảy ra và mỗi van được kích mở sau chu kì.
Nhận xét: Sơ đồ này có ưu điểm là góc mở α của các Thysistor được điều
chỉnh dễ dàng và công suất của sơ đồ khá lớn, từ trường đập mạch lớn. Dòng điện
rất nhỏ nên rất dễ chọn van theo điều kiện dòng điện,số lượng van ít hơn.
12
Tuy nhiên sơ đồ này có những hạn chế như chất lượng điện áp đầu ra thấp,
và có thể có hiện tượng trùng dẫn. Đặc biệt là các Thysistor chỉnh lưu phải chịu
một điện áp rất lớn do yêu cầu công nghệ đặt ra nên việc điều chỉnh rất khó khăn
gây tổn hao lớn, nếu mắc nối tiếp các van thì gây khó khăn cho việc điều khiển. Vì
vậy trong thực tế ta không sử dụng mạch này.
KẾT LUẬN: Như vậy theo yêu cầu thiết kế của đồ án thì điện áp cao áp lọc
lên đến 100KV như vậy theo công thức tính điện áp ngược rơi trên các van chỉnh
lưu thì nó rất cao vào khoảng 100KV trở lên như vậy không có van bán dẫn nào có

thể chịu được mức điện áp như vậy được. Như vậy ta phải lựa chọn phương án 1 ,
có nghĩa là ta sử dụng một mạch điều áp 3 pha trước máy biến áp rồi đến sơ đồ
mạch chỉnh lưu cầu Diode .
Hình 2.3. Mạch lực lựa chọn
2.3. TÍNH TOÁN MẠCH LỰC
2.3.1. Tính toán cho máy biến áp
Ta chọn máy biến áp 3 pha có 3 trụ đấu Y-Y , làm mát bằng không khí tự
nhiên . Do thực chất của máy biến áp 3 pha gồm 3 máy biến áp 1 pha nên ta tính
chung cho 1 pha .
- Yêu cầu của đề bài : điện áp vào 3 pha 400 V.
13
- Do hệ thống khi làm việc dòng điện đi qua các thiết bị biến đổi nên sẽ gặp
những tổn hao nhất định.Vì vậy ta thiết kế hệ thống với lượng dự trữ là 10% về
công suất.Ta chọn
Điện áp tối đa ra tải là 105kV
Dòng điện sẽ là 2.1 A
Công suất cực đại là P
max
= 220, 5 kW
Công suất làm việc P
Iv
=200 kw
- Điện áp lớn nhất sau khi chỉnh lưu: U
d0
Ta có U
d0
= U
d
+ ∆U
V

+ ∆U
ba
+ ∆U
dn
Trong đó:
U
d
là điện áp chỉnh lưu theo lí thuyết
∆U
V
là điện áp sụt trên các van ( chọn vào khoảng 150V)
∆U
ba
là điện áp sụt áp bên trong máy biến áp ( do tùy thuộc vào vật liệu cấu
thành và cách quấn dây trong máy biến áp nên ta chọn vào khoảng 5-10%)
∆U
dn là
điện áp sụt trên dây quấn và được tính theo công thức
∆U
dn
= I
d
. R
dn
= I
d
.
S
l.
ρ

coi như rất nhỏ
Vậy ta có điện áp cần để chỉnh lưu theo tính toán là:
U
d0
= 105.10
3
+ 150 + 105.10
3
. 5% = 110400 V
Điện áp ra thực tế trên cuộn thứ cấp của máy biến áp là:
U
2
= U
d0
/2, 34 = 110400/2,34 = 47,18.10
3
(V) = 47,18 KV
Tỉ số biến đổi của máy biến áp là: m =
P
U
U
2
= 117,95
Dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp là : I
2
= 0,82.I
d
= 1,72 A
Dòng điện chảy trong cuộn sơ cấp là : I

1
= m.I
2
= 202,87 A
Công suất ở phía thứ cấp là : P
TC
= U
2
. I
2
= 81,15 (KW)
Ta chọn máy biến áp 3 pha dựa trên các thông số của 1 pha ở trên.
14
2.3.2. TÍNH CHỌN ĐIỐT
Tính chọn Điot ta phải dựa vào các thông số cơ bản sau:
- Chọn hệ số dự trữ về điện áp: k
u
=1,8
- Chọn hệ số dự trữ về dòng: k
i
=1,2
- Điện áp ngược max mà các điốt phải chịu là:
U
ngược max
=2,45 .U
2
= 2,45 . 47,18 = 115591 (V )
- Cần chọn điốt ít nhất chịu được điện áp ngược:
U
i max

= 1,8. U
ngược max
= 1,8 . 115591 = 208063,8 (V)
- Dòng chảy qua Điot: I
tbv
= 1,2.I
d
/3= 1,2.2,1/3 =0,84 (A)
- Thời gian phục hồi t
r
không quan trọng vì làm việc với tần số 50Hz
Từ thông số trên ta chọn điốt loại K100UF
U
n
=10000 V, ∆U=14V ,I
tbv
= 1,5 A
- Số lượng điốt cần dùng mác nối tiếp là : n=21chiếc.
-Sụt áp trên 2 đầu điốt là: ∆Ud=14.21.6 = 1764 V
2.3.3. TÍNH CHỌN THYRISTOR
Tính chọn tiristor dưạ vào các yếu tố cơ bản dòng tải,sơ đồ đã chọn,điều kiện
tản nhiệt,điện áp làm việc. các thông số cơ bản của van được tính như dưới đây :
Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu:
U
nmax
= 1,5.U
phamax
= 600 V
Suy ra điện áp của van cần chọn là:
U

nv
= 1,8.U
nmax
=1,8 . 600 = 1080 V
K
uv
= 1,8 hệ số dự trữ về điện áp cho van
Dòng điện qua dây thứ cấp là:
I
1
=m . I
2
= 117,95 . 1,72 = 202,87(A)
Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng,ta chọn công suất
làm việc của các van là 60% :
I
lv
= I
1
/0.6= 338,12 (A)
15
Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tích tản
nhiệt, không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó cường độ dòng điện định
mức van cần chọn:
I
dm
= k
i
.I
lv

= 1,2 . 338,12=405,74 (A)
K
i
– hệ số dự trữ dòng điện,chọn K
i
= 1,2
Từ các điều kiện trên ta chọn van mã VS-VSK.500 có các đặc tính sau:
U
nm
= 1600 (V) điện áp ngược cưc đại của van
I
tbvan
=500(A) dòng điện trung bình qua van
I
pik
= 785(A) đỉnh xung dòng điện
I
rmax
= 100(mA) dòng rò
U
r
= 1.5 (V) điện áp rơi
dU/dt= 1000 (v/us)
2.4. TÌNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ VAN
2.4.1. CÁC SỰ CỐ XẢY RA
- Khi làm việc, tải thường xuyên phải chịu hiện tượng ngắn mạch dẫn tới dòng
trên các van tăng lên đột ngột làm hỏng van
-Tiristor rất nhạy cảm, với điện áp quá lớn vượt 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
- Khi làm việc với dòng điện chạy qua trên van có sụt áp do đó có tổn hao

công suất. Tổn hao công suất này sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van
chỉ làm việc tới nhiệt độ tối đa cho phép Tcp nào đó (các trị số thường gặp vào
khoảng 1250 C). Nếu quá nhiệt độ cho phép thì van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Do đó
chúng ta phải tìm cách bảo vệ quá nhiệt cho van bán dẫn. Việc đầu tiên của bảo vệ
quá nhiệt cho các van bán dẫn là phải chọn đúng dòng điện van theo chế độ làm
mát
16
2.4.2. BẢO VỆ QUÁ ÁP
Để tính toán tới việc bảo vệ quá áp cho van ta chia làm 2 nguyên nhân chính :
1 - Nguyên nhân nội tại: là do sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn . Khi
khoá van Thyristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược lại hành
trình, tạo ra dòng điện ngược trong thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng
của dòng điện ngược gây nên sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm,
vốn luôn luôn có của đường dây nguồn dẫn đến các Thyristor. Vì vậy , giữa Anode
và Cathode của Thyristor xuất hiện quá điện áp.
2 - Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên
như khi đóng cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ
nhảy, khi có sấm sét
Để bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên người ta
dùng mạch RC đấu song song với Thyristor như hình dưới
Thường ta chọn C = 0,5 μF , R = 80 Ω
Sự biến thiên của dòng điện và điện áp:
Do không có van có điện áp cao hơn, chúng ta phải tiến hành mắc nối tiếp các
van. Khi mắc nối tiếp các van yêu cầu cần thiết phải chọn các van có đặc tính giống
nhau, nhằm đảm bảo cho sự phân bố điện áp như nhau trên các van. Tuy vậy, sự
phân bố điện áp trên các van không bằng nhau là thường gặp. Do đó, cần có các
biện pháp phân bố lại điện áp khi các đặc tính của van không giống nhau.Biện pháp
ấy mô tả ở hình dưới đây
17
Hình 2.3. Bảo vệ van

2.4.3. BẢO VỆ QUÁ DÒNG
- Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng mạch khi quá tải và
ngắn mạch tiristor, ngắn mạch đầu ra độ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp
ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu.
+ Chọn 1 Apomat có:
I
đm
= 1,1 I
lv
=1,1. 130,2= 143,22 ( A )
U
đm
= 400 (V )
Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc tự động
Chỉnh định dòng ngắn mạch
I
ngắnmach
=2,5 I
lv
= 2,5.130,2 = 325,5 (A)
Dòng quá tải: I
qt
=1,6 I
lv
= 1,6. 130,2= 208,32( A )
+Chọn cầu dao có dòng định mức
I
qt
= 1,1. I
lv

=1,1. 130,2= 143,22(A)
Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động
18
+ Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor, ngắn
mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu
Nhóm 1cc:
Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc
I
1cc
=1,1. 1.05= 1,16 (A)
Nhóm 2 cc:
Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc mắc nối tiếp với điốt
I
2cc
=1,1. I
tbD
=1,1. 0.42 =0,46 (A)
vậy chọn cầu nhẩy nhóm: 1cc loại 1.2 A; 2cc loại 0.5 A
Ngoài ra cần xây dựng hệ thống tự động tăng góc mở của thyristo khi xảy ra hiện
tượng ngắn mạch của tải
19
CHƯƠNG 3 :
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU.
- Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi tiristor, nó có vai
trò quyết định đến chất lượng, độ tin cậy của bộ biến đổi. Mạch điều khiển rất đa
dạng nhưng với hệ thống mạch lực cụ thể của mạch nạp cần có một hệ điều khiển
thích ứng. Với mạch này, hệ điều khiển sẽ phát xung mở sáu tiristor T1, T2, T3, T4,
T5, T6. Các tiristor sẽ mở khi thoả mãn đồng thời hai điều kiện:
- Một điện áp dương đủ lớn đặt lên hai cực của tiristor theo hướng từ anôt đến

katôt.
- Xung điện áp dương đưa vào cực điều khiển đủ lớn về biên độ, độ rộng.
Để làm thay đổi điện áp ra tải chỉ cần thay đổi thời điểm phát xung điều khiển,
tức là thay đổi góc mở α cuả các van. Ưu điểm của tiristor là chỉ cần dòng và áp
điều khiển nhỏ nhưng có thể chịu được áp và dòng rất lớn chảy qua.
- Hệ thống mạch điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
+ Phát xung điều khiển chính xác vào đúng thời điểm mà thiết kế đã tính toán
sẵn.
+ Các xung điều khiển phát ra phải đủ lớn về biên độ và độ rộng đề mở các
van.
+ Xung điều khiển phải có độ đối xứng cao, đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc
mở α.
+ Dạng xung được điều chỉnh thích hợp và tác động nhanh.
+ Đảm bảo hoạt động tốt, độ tin cậy cao khi điện áp nguồn thay đổi giá trị
biên độ.
Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện ra tải và
bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố quá dòng hay ngắn mạch tải.
20
3.1.2. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
U
luc
ÐB
U
db
U
tua
U
rc
SS
U

ss
TX
U
tx
KÐX
U
gk
U
dk
ĐB : Khâu tạo điện áp nguồn pha
Utựa: Khâu tạo điện áp răng cưa
SS : Khâu so sánh
Uđk : Điện áp điều khiển
TX : Khâu tạo xung
KĐX : Khâu khuếch đại xung điều khiển van
U
ng
: Điện áp nguồn
U
đk
: Điện áp điều khiển
3.2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.2.1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
a. Khâu đồng bộ
Ta thực hiện khâu đồng bộ bằng phương pháp sử dụng máy biến áp 3 pha lấy
nguồn từ điện áp lực.
Khi cuộn sơ cấp và thứ cấp được nối Y/Y, điện áp đồng bộ U
đb
được lấy theo
điện áp của lưới, do đó điện áp này sớm pha hơn góc mở một góc 30 độ. Như vậy

phạm vi điều chỉnh giảm còn từ 0 đến 150 độ điện, và tồn tại một khoảng không
điều chỉnh được do điện áp chưa dương
21
Hình 3.2. Sơ đồ khâu đồng bộ [2]
b. Khâu tạo điện áp tựa
Khi U
dp
ở nửa chu kì dương sẽ làm T
1
mở, , dòng qua T
1
chảy từ nguồn E qua
R
2
R
3
, gây sụt áp trên R
2
, tạo điện áp thuận mở T
2
nên T
2
cũng dẫn theo. Dòng qua
T
2
sẽ nạp cho tụ C với hằng số thời gian nạp là R
2
C, tụ C được nạp cho đến khi
bằng trị số của U
Dz

thì dừng lại. Nửa chu kì sau, khi U
dp
< 0 sẽ làm cho T
1
khóa
đồng thời sụt áp trên R
2
không còn, làm khóa T
2
. Như vậy T
1
T
2
luôn có trạng thái
giống nhau. Lúc này tụ C sẽ phóng điện qua bóng T
3
về cực E
-
. Dòng qua R
5
chính
là dòng phóng của tụ
22
Hình 3.3. Sơ đồ khâu điện áp tựa
Hình 3.4. Đồ thị điện áp U
rc
23
Khi U
dp
ở nửa chu kì dương sẽ làm T

1
mở, , dòng qua T
1
chảy từ nguồn E qua
R
2
R
3
, gây sụt áp trên R
2
, tạo điện áp thuận mở T
2
nên T
2
cũng dẫn theo. Dòng qua
T
2
sẽ nạp cho tụ C với hằng số thời gian nạp là R
2
C, tụ C được nạp cho đến khi
bằng trị số của U
Dz
thì dừng lại. Nửa chu kì sau, khi U
dp
< 0 sẽ làm cho T
1
khóa
đồng thời sụt áp trên R
2
không còn, làm khóa T

2
. Như vậy T
1
T
2
luôn có trạng thái
giống nhau. Lúc này tụ C sẽ phóng điện qua bóng T
3
về cực E
-
. Dòng qua R
5
chính
là dòng phóng của tụ
c. Khâu tạo so sánh
Hình 3.5. Khâu so sánh
Ta sử dụng khuếch đại thuật toán OA, đưa điện áp tự vào cửa (-) và điện áp
điều khiển vào cửa (+). Do đó khi U
đk
>U
tựa
thì U
ss
= +U
bh
và khi U
đk
<U
tựa
thì U

ss
=
-U
bh
d. Khâu tạo xung kép
Khâu tạo xung đơn sử dụng mạch vi phân RC
Mạch đơn giản gồm một tụ điện và một trở mắc nối tiếp như hình 3.5 với tụ
C2 và R8. Khi Uss âm tụ điện tích từ 0 đến U
bh
, khi Uss dương tụ phóng điện và
cho U
ra
là xung
Xung kép được tạo ra bằng cách ghép xung bằng điốt:
24
Xung của kênh 1 là xung phụ của kênh 6
Xung của kênh 2 là xung phụ của kênh 1
Xung của kênh 3 là xung phụ của kênh 2
Xung của kênh 4 là xung phụ của kênh 3
Xung của kênh 5 là xung phụ của kênh 4
Xung của kênh 6 là xung phụ của kênh 5
Hình 3.5a. Khâu tạo xung kép
25