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

đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
1



Mục lục


Lời mở đầu 3
Phần I: giới thiệu chung 5
Chơng I: Giới thiệu về công nghệ lọc bụi 6
I. Giới thiệu chung 6
II. ứng dụng cụ thể của các thiết bị lọc bụi điện 6
III. u, nhợc điểm chung của thiết bị lọc bụi điện 7
IV. Nguyên lí của việc làm sạch khí bằng điện 8
V. Cấu trúc các bộ phận chính của thiết bị lọc bụi điện 9
VI. Những quá trình chính khi làm sạch khí bằng điện 14
VII. Mức độ thu bụi theo lí thuyết 17
VIII. Các nhân tố ảnh hởng trong thiết bị lọc bụi điện thực tế 17
IX. ứng dụng cụ thể của phơng án đối với yêu cầu lọc bụi 21
Chơng II: Rơle thời gian 23
I. Rơle thời gian điện từ 24
II. Rơle thời gian kiểu thủy lực 29
III. Rơle thời gian kiểu đồng hồ 30
IV. Rơle thời gian kiểu động cơ 33
V. Rơle thời gian điện tử 37
VI. Rơle thời gian dùng vi mạch 555 42
VII. Rơle thời gian kiểu mạch số 46
Phần I: thiết kế bộ điều khiển cho động cơ 48
Chơng I: Thiết kế chế tạo mạch 49

I. Các yêu cầu 49
II. Thành lập sơ đồ khối 50
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
2

III. Khối tạo xung chuẩn 50
IV. Khối chia tần 54
V. Khối đếm thời gian một yêu cầu 62
VI. Khối logic điều khiển 74
VII. Khối chỉ thị thời gian 76
VIII. Bộ chuyển mạch 79
Chơng II: Thiết kế mạch 82
I. Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 82
II. Các linh kiện 85
III. Kết luận 86
Tài liệu tham khảo 88
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
3


Lời mở đầu

Nớc ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc.
Trong đó công nghiệp là một ngành đợc quan tâm hàng đầu ở nớc ta.
Nhờ đó trong những năm gần đây ngành công nghiệp có rất nhiều thành tựu
đáng kể. Các nhà máy xí nghiệp mọc lên nh nấm, cùng với đó là các khu
liên hiệp, khu chế xuất. Sản lợng công nghiệp không ngừng đợc tăng lên,
chất lợng hàng hóa ngày càng đợc nâng cao, sản phẩm đa dạng nhiều

chủng loại. Đó là nhờ áp dụng khoa hoc kĩ thuật vào sản xuất. Trong đó
ngành điện có vai trò rất quan trọng.
Là một nớc đang phát triển nên các ngành điện tử tự động có vai trò
rất quan trọng trong nền công nghiệp nớc ta. Nó có ứng dụng trong tất cả
các nhà máy, xí nghiệp đều đợc điều khiển một cách tự động nhờ các thiết
bị điện tử, nhờ máy tính.
Ngành công nghiệp phát triển không ngừng, dần dần đáp ứng đợc
nhu cầu của con ngời về vật chất và tinh thần. Song song với sự phát triển
không ngừng của công nghiệp thì môi trờng sống của chúng ta ngày càng
bị ô nhiễm nặng nề. Trong đó vấn đề về bụi công nghiệp cũng rất đợc
quan tâm. Bụi rất nguy hiểm cho sức khỏe của con ngời, đặc biệt là bụi
nhà máy than, nhà máy xi măng, nhà máy phân đạm Chính vì vậy mà
các nhà máy đều phải có hệ thông lọc bụi, để đảm bảo điều kiện làm việc
của công nhân.
Trong các hệ thống lọc bụi thì lọc bui tĩnh điện đợc dùng chủ yếu.
Trong đó bộ điều khiển cho động cơ rung gõ trờng lọc bụi tĩnh điện là một
bộ phận không thể thiếu trong hệ thông lọc bui tĩnh điện. Bộ điều khiển này
sử dụng các thiết bị điện tử.



đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
4

Đề tài thiết kế gồm có 2 phần:
Phần I: Giới thiệu chung
Gồm có hai chơng
:
Chơng I : Giới thiệu về công nghệ lọc bụi

Chơng II: Rơle thời gian
Phần II: Thiết kế bộ điều khiển cho động cơ
Gồm có hai chơng
:
Chơng I : Sơ đồ và nguyên lí mạch
Chơng II: Thiết kế mạch điều khiển
Cùng với sự cố gắng của bản thân và đợc nhận sự giúp đỡ, chỉ bảo tận
tình của của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự hớng dẫn của thầy
giáo Nguyễn Quang Tuyến em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Em
rất mong nhận đợc sự góp ý, bổ sung của các thầy cô giáo và các bạn để
đồ án của em đợc hoàn thiện hơn.
Em xin gửi tới thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến cùng toàn thể các thầy
cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất.




Sinh viên
Lơn
g Văn Học
®å ¸n tèt nghiÖp
L−¬ng V¨n Häc
5

PhÇn I
Giíi thiÖu chung
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
6


Chơng I
Giới thiệu về công nghệ lọc bụi

I. Giới thiệu chung
Ngành công nghiệp nớc ta ngày càng phát triển mạnh. Nó dần đáp
ứng đợc nhu cầu ngày càng cao của con ngời. Song song với sự phát triển
đó thì môi trờng sống của chúng ta ngày càng bị ô nhiễm nặng nề. Một
trong những nguyên nhân lớn là do chất thải công nghiệp. Vì thế việc thiết
kế hệ thống lọc bụi là rất cần thiết và không thể thiếu khi xây dựng nhà
máy, đặc biệt là các nhà máy xi măng, nhà máy phân đạm. Hệ thống lọc
bụi sẽ đảm bảo đợc điều kiện làm việc cho công nhân. Nhng vấn đề đặt
ra đối với các nhà máy là chọn hệ thống lọc bụi nào cho phù hợp với từng
nhà máy cụ thể. Các phơng pháp lọc bụi chủ yếu hiện nay gồm có:
1 - Lọc bụi ly tâm.
2 - Lọc bụi ẩm
3 - Lọc bụi tĩnh điện
Với sự phát triển vợt bậc của ngành điện đặc biệt là tự động hoá xí
nghiệp, thì phơng pháp lọc bụi tĩnh điện là phơng pháp rất hiệu quả đối
với các nhà máy công nghiệp có lợng bụi lớn nh nhà máy xi măng, nhà

máy phân bón v.v

II. ứng dụng cụ thể của các thiết bị lọc bụi điện:
Thiết bị lọc bụi kiểm Y: (loại nằm ngang đợc sử dụng rộng rãi trong
các nhà máy luyện kim: ở các lò mactanh, lò quay, lò nung đôlômit, nồi
hơi. Thiết bị lọc bụi điện loại này thờng lọc đợc khí khô ở nhiệt độ cao.
Và thiết bị loại này thờng đợc đặt ở sau hệ thống xiclôn để làm sạch bụi
khô trong khí (trớc khi vào thiết bị lọc bụi điện).
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
7

Thiết bị lọc bụi điện ẩm kiểu ống trụ một vùng: Thiết bị lọc bụi loại này
cho thu hồi bụi tinh vì khi bụi lắng thì không có hiện tợng bụi quấn theo khí
ra môi trờng ngoài, đồng thời điện trở suất trong lớp bụi giảm. Thiết bị loại
này thờng đợc đặt ở phía ngoài xởng nên cần mái che thiết bị.
Thiết bị lọc bụi lới điện 2 vùng: Thiết bị loại này có hai vùng điện
trờng riêng biệt, trong đó một điện trờng để tích điện cho hạt bụi còn
điện trờng khác để lắng bụi. Nhờ đó điện trờng thực hiện tốt hơn vai trò
của mình. Thiết bị lọc bụi kiểu này chủ yếu làm sạch không khí có nhiệt độ
đến 40
0
C khi hàm lợng bụi ban đầu 10mg/m
3
. Với thiết bị lọc bụi này
khi đợc áp dụng trong công nghiệp thì có thể làm sạch khí có hàm lợng
bụi ban đầu lớn.

III. Ưu, nhợc điểm chung của thiết bị lọc bụi điện
Ưu điểm:

- Hiệu suất thu bụi cao. Hiệu suất thu bụi đạt tới 99%. Chi phí năng
lợng thấp, chỉ cần 0,3 đến 1,8 MJ cho 1000m
3
khí thải.
- Có thể thu đợc các hạt bụi với kích thớc nhỏ tới 0,1 m và nồng độ
bụi từ vài gam đến 50g/cm
3
.
- Nhiệt độ của khí có thể đạt tới 500
0
C.
- Thiết bị lọc bụi có thể làm việc với áp suất chân không hoặc áp suất cao.
- Có thể điều khiển và tự động hoá hoàn toàn.
Nhợc điểm:

- Do các thiết bị có độ nhạy cao nên khi có sự saikhác nhỏ giữa giá trị
thực tế của các thông số công nghiệp và các giá trị tiánh toán thiết kế thì
hiệu quả thu bụi cũng giảm sút nhiều.
- Những sự cố cơ học dù nhỏ cũng ảnh hởng tới hiệu quả thu bụi.
- Thiết bị lọc bụi điện không đợc ứng dụng để làm sạch khí có chứa
các chất dễ nổ, vì trong thiết bị lọc bụi thờng xuất hiện các tia lửa điện.


đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
8

IV. Nguyên lý của việc làm sạch khí bằng điện:

Hình 1.1
Hình vẽ bên trình bày cho ta nguyên lý tích bụi và lắng bụi trong thiết
bị lọc bụi điện.
Khí thải cần lọc bụi đợc thổi qua hệ thống hai điện cực.
Điện cực nối đất gọi là điện cực lắng vì bụi đợc lắng chủ yếu ở trên
cực này.
Điện cực thứ 2 đợc gọi là điện cực quầng sáng. Điện cực này đợc
cung cấp dòng điện một chiều có điện thế cao, do điện thế cao nên cờng
độ điện trờng xung quanh có giá trị lớn và gây ra sự va đập ion mãnh liệt.
Biểu hiện bên ngoài của sự ion hoá khi mãnh liệt là nhìn thấy một quầng
sáng bao phủ quảnh điện cực này.
Sự phóng điện quầng sáng xảy ra sát bề mặt điện cực quầng sáng. Sự
phóng điện quầng sáng không lan rộng giữa hai điện cực mà yếu đi và tắt
dần theo phơng tới điện cực lắng vì đi từ điện cực quầng sáng tới điện cực
lắng thì cờng độ điện trờng yếu dần đi (điện trờng giữa hai điện cực là
điện trờng không đều).
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
9

Các ion khí đợc tạo ra chủ yếu trong vùng quầng sáng. Dới tác động
của lực điện trờng các ion sẽ chuyển động về phía các điện cực trái dấu với
chúng.
Các ion dơng chuyển dịch về phía cực âm (cực quầng sáng là cực
âm).
Các ion âm chuyển dịch về phía cực dơng (cực dơng là cực lắng). Sự
chuyển dịch dòng các ion về các điện cực tạo ra dòng điện. Dòng điện này
đợc gọi là dòng điện quầng sáng. Khi thổi khí thải có chứa bẩn qua không
gian giữa hai điện cực thì các ion sẽ bám dính lên bề mặt của các hạt bụi và
các hạt bụi trở nên mang điện cực trái dấu với điện tích chúng tính đợc.

Khi tới các điện cực các hạt bụi đợc lắng lại trên bề mặt điện cực.
Lợng bụi đợc lắng chủ yếu trên bề mặt các điện cực lắng. Trên bề mặt
các điện cực quầng sáng cũng có bụi lắng lại, nhng lợng bụi này nhỏ,
không đáng kể so với lợng bụi lắng lại ở điện cực lắng. 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 và thu lấy bụi.

V. Cấu trúc các bộ phận chính của thiết bị lọc bụi điện:
Phụ thuộc vào các điều kiện bảo quản, thành phần, nhiệt độ, áp suất,
độ ẩm của không khí, các tính chất vật lý, hoá học của bụi, yêu cầu mức độ
làm sạch v.v mà cấu tạo thiết bị lọc bụi có các kiểu khác nhau. Nhng
cấu tạo của chúng đều có những bộ phận cấu trúc cơ bản sau:
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
10


Hình 1.2
1. Vỏ thiết bị lọc bụi điện:
Thờng có dạng hình hộp hoặc hình trụ. Vỏ đợc chế tạo bằng thép lá,
bê tông gạch, các tấm chì hoặc các vật liệu khác. Chọn vật liệu phải căn cứ
vào nhiệt độ của khí thải và tính ăn mòn hoá học của khí thải. Phía trong vỏ
là hệ thống khung của thiết bị. Phía dới vỏ là các bunke chứa bụi. Vỏ phải
cấu trúc thuận lợi cho việc lắp đặt và sửa chữa thiết bị. Phía ngoài vỏ đợc
bọc cách nhiệt.
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
11

2. Cơ cấu phân phối đều khí vào thiết bị:

Vấn đề phân bố đều khí trên mặt cắt ngang dòng chảy là một yêu cầu
quan trọng trong khi thiết kế và vận hành thiết bị lọc bụi điện. Để phân phối
khí đồng đều trên toàn bộ tiết diện cắt ngang dòng chảy và ngăn chặn dòng
khó lọt qua vùng không có tác dụng thu bụi, ngời ta lắp đặt cơ cấu phân
phối khí. Cơ cấu phân phối khí đợc đặt trớc vùng thu bụi. Cơ cấu phân
phối khí là hệ thống lới hoặc tấm có đục lỗ. Tổng tiết diện của các lỗ cho
khí đi qua chiếm 35% - 45% tiết diện của tấm. Phía trớc lới là các cánh
chỉnh hớng dòng khí. Để thuận tiện cho việc sửa chữa và vận hành thì mỗi
điện trờng sẽ có một bunke chứa bụi. Cờu trúc của bunke đợc chọn theo
tính bám dính của bụi. Tính bám dính của bụi thay đổi đáng kể theo thời
gian lu bụi trong bunke. Sau một thời gian làm việc lợng bụi bám dính
lớn do đó phải định kỳ tháo bụi khỏi bunke. Tuy nhiên khi tháo bunke
không tránh đợc việc không khí qua bunke vào thiết bị và làm giảm hiệu
suất lọc bụi. Tính lu động của bụi còn phụ thuộc vào nhiệt độ của bụi. Khi
nhiệt độ giảm thì độ ẩm của khí tăng lên và bụi trở nên dính nhớt. Để bụi
không dính kết và không đóng tảng, ngời ta đã cách nhiệt cho các bunke.
Trong một số trờng hợp bunke còn đợc nung nóng ở phía dới. Khi bụi
bám dính còn có thể bố trí các thanh rung trong bunke. Việc bố trí này còn
đợc tiến hành theo chu kỳ. Chú ý rằng: các thanh rung cần đợc đặt tại
vùng bụi chuyển động có hiệu quả và máy rung chỉ đợc phép rung khi cửa
thải bụi của bunke mở, vì nếu bụi không chuyển động đợc mà máy rung
cứ làm việc thì bụi sẽ bị nén chặt.
3. Điện cực lắng
Chúng thờng có dạng ống trụ tròn có đờng kính 200 ữ 300 mm,
chiều dài từ 3 ữ 5 m. Đôi khi sử dụng các ống sáu có tiết diện vuông, sáu
cạnh. Các điện cực lắng là các tấm phẳng nhẵn đôi khi chỉ sử dụng trong
thiết bị lọc ớt vì nếu dùng trong các thiết bị khô khi rung cơ học để tác bụi
thì khó tránh khỏi bụi quấn theo khí ra ngoài. Do đó ngời ta thờng gắn
thêm vào điện cực lắng các túi chứa hoặc máng chứa bụi.
đồ án tốt nghiệp

Lơng Văn Học
12

4. Điện cực quầng sáng
Phải có cấu trúc thích hợp để tạo ra sự phóng điện quầng sáng đều và
có cờng độ lớn. Điện cực quầng sáng phải bền cơ học, phải cứng vững,
chịu đợc tác động của cơ cấu rung lắc, phải chống đợc sự ăn mòn và bền
ở nhiệt độ cao. Trong thiết bị thu bụi có năng suất cao thì tổng chiều dài các
điện cực quầng sáng trong một thiết bị đạt tới vài kilomet, bởi vậy điện cực
quầng sáng phải đơn giản về chế tạo và giá thành thấp. Ta có thể phân điện
cực quầng sáng thành hai loại chính:
- Nhóm 1: Các điện tực quầng sáng không có các điểm định vị phóng
điện trên điện cực mà sự phóng điện phân bố đều theo chiều dài điện cực.
- Nhóm 2: Các điện cực quầng sáng có các điểm phóng điện cố định
phân bố dọc theo chiều dài của điện cực. Các điểm phóng điện là các mũi
nhọn, các mấu nhọn phân bố trên về mặt của điện cực. Các điện cực trong
nhóm 2 cho phép ta có thể tính toán đợc quầng sáng theo ý muốn tuỳ
thuộc sự thay đổi số lợng và bớc bố trí các điểm phóng điện, nó tuỳ thuộc
chiều cao của các mũi kim phóng điện.
5. Thiết bị tạo điện áp cao
Hiệu suất của thiết bị lọc bụi phụ thuộc chủ yếu vào điện áp giữa các
điện cực phóng điện tích điện âm và các điện cực góp nối đất. Thông
thờng hiệu suất gần tới giá trị tối u (giá trị mà ở trong thiết bị lọc bụi kiểu
Riôn để làm sạch khí công nghiệp có hàm lợng bụi ban đầu lớn, khi lọc
để đạt đợc hiệu suất cao cần phải xác định sao cho khoảng cách giữa các
điện cực khoảng 50 ữ 70 mm và hiệu điện thế đặt vào giữa các điện cực
khoảng 60 ữ 80 kV). Khi làm việc điện áp cần đợc giữ ngay dới giới hạn
phóng điện đánh thủng. Giá trị của điện áp phóng điện đánh thủng phụ
thuộc vào các điều kiện vật lý và hoá học của các khí và mật độ bụi. Vì
không thể đo đợc điện áp đánh thủng tức thời, nó chỉ có thể đợc xác định

bởi sự đạt tới phóng điện đánh thủng.
Bộ điều khiển điện áp cao làm tăng điện áp lọc bụi tới sự phóng điện
đánh thủng. Sau khi xảy ra đánh thủng, điện áp bị ngắt trong một thời gian
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
13

ngắn và điện áp phụ thuộc vào dãy đánh thủng và vào mật độ đánh thủng đã
lựa chọn.
Nếu điện áp phóng điện đánh thủng nằm ở trên điện áp có thể đạt đợc
thì sự đánh thủng không thể xảy ra.
6. Phân bố điện áp cao
Mỗi trờng hợp có riêng chuyển mạch 3/5 điểm. Khoá này có thể thao
tác từ bên ngoài rào bảo vệ của buồng điện áp cao. Nó dùng để nối thiết bị
phát điện áp cao với trờng nào đó, hoặc để nối trờng điện nào đó với đất.
7. Khoá nối đất
Tất cả các phần chịu điện áp cao của lọc bụi tĩnh điện sẽ lập tức đợc
nối đất nhờ khoá nối đất, khi có nguy hiểm về nổ. Khi khoá đóng tơng ứng
hệ thống phóng điện đã đợc nối đất và không có hiệu ứng vầng quang
hoặc các hồ quang xảy ra trong lọc bụi. Do đó ngăn ngừa đợc sự nổ của
hỗn hợp khí.
Nếu thiết bị không làm việc, khoá nối đất nằm ở vị trí đóng và hệ
thống phóng điện là nối đất.
8. Thiết bị nối đất
Trớc khi đi vào bên trong bộ lọc bụi, tất cả các bộ phận chịu điện áp
cao cần phải đợc nối đất bằng tay ở ngay cửa kiểm tra. Điều này là rất
quan trọng để bảo vệ ngời, chống lại việc đóng vào điện áp cao do sai lầm
nào đó.
Thiết bị nối đất gồm cáp nối đất, gậy nối đất, các chốt nối đất ở các
cửa kiểm tra và các chốt nối đất ở các khung và các điện cực phóng điện.

9. Hệ thống cài đặt cơ khí
Các cửa kiểm tra của thiết bị lọc bụi đợc khoá bởi một hệ thống cài
đặt cơ khí để chống lại sự mở không đợc phép. Chúng chỉ có thể đợc mở
sau khi cắt điện áp cao và các phần chịu điện áp cao đã đợc nối đất. Ngợc
lại, điện áp cao không thể đóng vào chừng nào vài cửa kiểm tra còn mở và
các phần điện áp cao còn đợc nối đất.

đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
14

VI. Những quá trình chính khi làm sạch khí bằng điện
1. Sự tích điện cho các hạt bụi
Trong điện trờng giữa hai điện cực, các hạt bụi đợc tích điện là do
việc hấp thụ các ion lên bề mặt hạt bụi. Quá trình tích điện của hạt bụi xảy
ra chủ yếu ở bên ngoài vùng quầng sáng. Các hạt bụi vẫn có thể tích điện
thêm khi mà các ion vẫn có thể tiếp tục hút bám trên bề mặt thêm lên bề
mặt hạt bụi. Số ion hút bám càng nhiều thì điện tích của hạt bụi càng tăng
lên, có nghĩa là cờng độ điện trờng gây ra do điện tích đợc của hạt bụi
tăng lên. Cờng độ điện trờng này có hớng ngợc với cờng độ điện
trờng giữa hai điện cực. Vì vậy tốc độ chuyển động của ion tiếp theo tới
hạt bụi sẽ giảm đi, nghĩa là giảm tốc độ tích điện cho các hạt bụi. Khi
cờng độ điện trờng của điện tích hạt bụi có giá trị bằng cờng độ điện
trờng ngoài thì tốc độ chuyển động của các ion tới hạt bụi sẽ bằng không
có nghĩa là hạt bụi không nhận thêm các ion nữa. Lúc này ta nói hạt bụi đã
đạt đợc điện tích tới hạn.
Với hạt bụi có kích thớc lớn hơn 1 m thì điện tích tới hạn của nó tỷ
lệ với cờng độ điện trờng và tỷ lệ với bình thơng bán kính của hạt bụi.
q
th

= n.e = 0,19.10.10
-9
.r
2
.E (C)
q
th
: Điện tích tới hạn của hạt bụi
n : Số lợng điện tích nguyên tố hạt bụi tích đợc
r : Bán kính của hạt bụi
E : Cờng độ điện trờng
Sự tích điện của hạt bụi xảy ra rất nhanh. Đối với hầu hết bụi công
nghiệp, trong những điều kiện bình thờng thì chỉ cần sau 1s hạt bụi đã tích
đợc lợng điện tích hơn 90% điện tích tới hạn
2. Sự chuyển động của các hạt bụi trong điện trờng
Trong không gian giữa điện cực lắng và điện cực quầng sáng, một hạt
bụi chịu tác động bởi nhiều lực: lực điện trờng, trọng lực của bản thân hạt
bụi, lực cản của môi chất, lực của dòng khí quấn hạt bụi theo chiều dòng
khí. Trong các lực trên thì lực điện trờng và lực cản của môi chất là quan
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
15

trọng nhất. Tổng hợp lực gây ra sự chuyển động của hạt bụi về phía các
điện cực mà chủ yếu là chuyển động về phía các điện cực lắng.
Đối với những hạt bụi có đờng kính lớn hơn 1 m thì tốc độ chuyển
động của hạt về phía điện cực lắng tỷ lệ với kích thớc hạt bụi và tỷ lệ với
bình phơng cờng độ điện trờng.

=

r.E.10
W
211
(m/s)
Đối với những hạt bụi có kích thớc nhỏ hơn 1 m thì tốc độ chuyển
động của hạt bụi về phía điện cực lắng không phụ thuộc vào kích thớc của
hạt bụi mà chỉ phụ thuộc vào cờng độ điện trờng.

=

E.10.17,0
W
11
(m/s)
Các ký hiệu trong công thức:
E : Cờng độ điện trờng
r : Bán kính của hạt bụi
: Hệ số nhớt động lực của khí ở điều kiện thực tế
3. Sự lắng bụ trên bề mặt của điện cực lắng
4. Đặc tính Volt Ampe của quầng sáng
Đặc tính Volt Ampe là một trong những chỉ tiêu cơ bản của thiết bị
lọc bụi điện. Khi tăng điện áp đến điện áp nào đó sẽ xuất hiện sự phóng
điện quầng sáng. Mức điện áp mà ở giá trị đó bắt đầu có sự xuất hiện phóng
điện quầng sáng gọi là điện áp tới hạn.
Đặc tính Volt Ampe của quầng sáng phụ thuộc đáng kể vào khoảng
cách giữa các điện cực trái dấu, phụ thuộc vào hình dáng và kích thớc của
điện cực quầng sáng. Đặc tính Volt Ampe còn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp
suất, độ ẩm, tốc độ và thành phần của khí. Trong thực tế, điện thế cần để
xuất hiện tợng quầng sáng thờng có giá trị lớn. Quầng sáng sẽ xuất hiện

khi cờng độ điện trờng đạt tới giá trị tới hạn. Ví dụ: ở áp suất khí quyển
và nhiệt độ 20
0
C để xuất hiện hiện tợng quầng sáng thì cờng độ điện
trờng tới hạn phải đạt tới 15kV/cm.
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
16

Đối với điện cực lắng dạng ống trụ rỗng và điện cực quầng sáng là sợi
dây dẫn thì cờng độ điện trờng tới hạn đợc tính theo công thức:
)
R.
298,0
1(.3,30E
1
th

++=
(kV/cm)
R
1
: Bán kính của điện cực quầng sáng
E
th
: Cờng độ điện trờng tới hạn
: Tỷ số khối lợng của khí trong điều kiện làm việc và điều kiện tiêu
chuẩn.
Đối với hệ thống điện cực lắng dạng ống trụ và điện cực quầng sáng là
sợi dây dẫn nhẵn không gai thì điện áp tới hạn để xuất hiện quầng sáng

đợc xác định theo công thức:
1
2
1thth
R
R
ln.R.EU = (V)
Khi điện cực lắng có dạng tấm và điện cực quầng sáng có dạng dây dẫn thì
điện áp tới hạn đợc tính theo công thức:
)
a
R..2
ln
a
H.
.(R.EU
1
1thth



= (V)
U
th
: Điện áp tới hạn (điện áp bắt đầu xuất hiện quầng sáng) V
E
th
: Cờng độ điện trờng tới hạn
R
1

: Bán kính điện cực quầng sáng
H : Khoảng cách giữa các quầng sáng và điện cực lắng dạng tấm
a : Khoảng cách giữa các điện cực quầng sáng trong một dãy
Từ các công thức trên ta thấy rằng: Khi giảm bán kính điện cực quầng
sáng R1 thì điện áp tới hạn sẽ giảm, có nghĩa là quầng sáng sẽ xuất hiện
sớm hơn. ở thiết bị lọc bụi điện
R
1
= 0,001 ữ 0,002 m và R
2
= H = 0,1 ữ 0,15m, thì U
2
= 20kV ữ 30kV.
Để thu bụi, ngời ta thờng dùng quầng sáng âm, có nghĩa là điện cực
quầng sáng nối với cực âm của quầng sáng vì các ion có độ linh động lớn
hơn so với độ linh động của các ion dơng.

đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
17

VII. Mức độ thu bụi theo lý thuyết (hiệu suất thu bụi)
Mức độ thu bụi trong thiết bị lọc bụi đợc tính theo công thức:
11
2211
V.z
V.zV.z

=
Trong đó:

Z
1
, z
2
là hàm lợng bụi vào và ra khỏi thiết bị
Ta cũng có thể tính = 1 e
-wj

Trong đó f =
v
b2ln
= Bề mặt của điện cực lắng / Lu lợng khí bụi
qua thiết bị (f đợc gọi là bề mặt riêng của thiết bị lọc bụi ứng với lợng khí
cần lọc đã cho trong mỗi thiết bị lọc bụi điện xác định).
Các nhân tố ảnh hởng đến hiệu suất phải kể đến kích thớc thiết bị
lọc bụi, tốc độ chuyển động của các hạt bụi mang điện tích chuyển động về
cực lắng.

VIII. Các nhân tố ảnh hởng trong thiết bị lọc bụi điện thực tế
1. ảnh hởng các tính chất khí cần làm sạch
Cờng độ điện trờng phụ thuộc vào thế hiệu cấp cho điện cực quầng
sáng. Nh đã biết điện tích hạt bụi, tốc độ chuyển động của chúng (sau khi
tích điện) đến điện cực lắng phụ thuộc điện tích hạt bụi, tốc độ chuyển động
của chúng (sau khi tích điện) đến điện cực lắng phụ thuộc vào cờng độ
điện trờng (đặc biệt đối với hạt có kích thớc lớn). Do vậy duy trì thế hiệu
cực đại cho phép trên điện cực quầng sáng là một trong những điều kiện
quan trọng nhất để thiết bị làm việc có hiệu quả và đạt mức thu bụi cực đại.
Khi tăng nhiệt độ khí thế hiệu ở điện cực quầng sáng sẽ giảm, điều đó có
thể duy trì không có sự xuyên thủng. Thế hiệu xuyên thủng tỷ lệ nghịch với
nhiệt độ tuyệt đối của khí. Ngoài ra, nhiệt độ ảnh hởng đến tính chất bụi

trên điện cực lắng.
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
18

ảnh hởng của độ ẩm khí đến thế hiệu trong thiết bị lọc thì ngợc lai
so với ảnh hởng của nhiệt độ. Tăng nhiệt độ thì tăng khả năng xuyên
thủng.
Thế hiệu trong thiết bị cong phụ thuộc vào thành phần hoá học của
khí, thờng là các tạp chất khí mang điện âm cũng nh SO
3
bị hấp thụ trong
lớp bụi đã làm thay đổi tính chất của lớp.
2. ảnh hởng các tính chất của bụi và lớp bụi trên điện cực lắng
ảnh hởng các kích thớc hạt bụi (độ phân tán hạt) đến công tác của
thiết bị lọc đợc kể đến trớc tiên là trị số điện tích hạt bụi nhận đợc, là
tốc độ của hạt đến cực lắng sau khi chúng đợc tích điện.
Điện tích các hạt lớn cũng nh tốc độ chuyển động của chúng đến cực
lắng lớn hơn so với hạt nhỏ. Vì vậy hiệu quả thu các hạt lớn cao hơn, thời
gian chuyển động đến cực lắng ít hơn. Ngoài ra độ phân tán của hạt bụi có
liên quan đến hiện tợng gọi là sự bao kín quầng sáng và liên quan đến cấu
tạo lớp bụi trên điện cực lắng.
Thành phần hoá học ảnh hởng đến điện trở suất của hạt bụi (độ dẫn
điện) của lớp bụi trên cực lắng, do đó ảnh hởng đến hiệu quả làm việc của
thiết bị lọc bụi điện. ảnh hởng này bắt đầu ở thời điểm khi có sự tiếp xúc
giữa hạt bụi chứa điện tích âm với điện cực lắng.
Bụi chứa trong khí đợc chia thành 3 nhóm theo giá trị điện trở suất:
- Nhóm 1: Có

< 10

4


cm (có độ diện dẫn lớn). Các hạt bụi này khi
tiếp xúc với bề mặt kim loại điện cựclắng sẽ trao tức thời điện tích âm và bị
đẩy vào dòng khí. Do vậy các hạt bụi có độ dẫn điện lớn qua thiết bị thu
điện sẽ không bị lắng. Cần phải làm các bộ phận giữ bụi trên các điện cực.
- Nhóm 2: Có

= 10
4


cm đến Có 2.10
4


cm. Các hạt bụi này đợc
thu hồi có hiệu quả trong thiết bị lọc điện. Các điện tích của hạt phân bố
đều trên điện tích cực lắng.
- Nhóm 3: Có

> 2.10
4


cm (có độ diện dẫn thấp). Các điện tích chứa
trong bụi lan chậm qua lớp bụi để đến bề mặt điện cực lắng kim loại, khi đó
ở trên lớp bụi tạo thành một điện thế nào đó.
đồ án tốt nghiệp

Lơng Văn Học
19

3. ảnh hởng của hàm lợng bụi ban đầu trong khí
Khi hàm lợng bụi cao trong khí, đặc biệt gồm các hạt nhỏ có thể dẫn
đến hiện tợng gọi là sự bao kín quầng sáng. (Hiện tợng này là xảy ra khi
ta tăng số lợng hạt bụi trong điện trờng sẽ làm tăng số điện tích không
gian. Dòng điện có đợc trong thiết bị lọc bụi điện là do điện tích không
gian chuyển động.
Vì tính linh động của hạt bụi có giá trị nhỏ hơn tính linh động của các
ion khí, nên tăng các điện tích không gian trong các hạt bụi làm giảm đáng
kể cờng độ dòng điện trong thiết bị lọc bụi (có khi chỉ số 0). Hiện tợng
này làm giảm sự thu bụi. Hiện tợng bao kín quầng sáng thấy khi nồng độ
bụi trong khí từ vài gam trong 1m
3
khí đến vài chục gam/m
3
.
Để khắc phục hiện tợng này cần giảm hàm lợng bụi ban đầu trong
khí cần làm sạch (giảm tốc độ khí), tăng thế hiệu trên điện cực quầng sáng
để tăng cờng độ điện trờng, tăng tốc độ chuyển động của các hạt bụi
chứa điện tích và tăng cờng độ tạo thành ion. Khi tăng hàm lợng bụi
trong không khí ngoài khả năng làm bẩn điện cực lắng và điện cực quầng
sáng còn tạo thiết bị vận hành không ổn định.
4. ảnh hởng sự làm bẩn điện cực quầng sáng và điện cực lắng đến hiệu
quả thu bụi
Độ sạch của điện cực quầng sáng và điện cực lắng là một trong các
nhân tố quan trọng nhất trong việc bảo quản thiết bị lọc bụi
Mặc dầu trên điện cực quầng sáng không lắng nhiều hạt bụi, nhng do
bề mặt điện cực không lớn, nên vẫn dẫn đến tạo lớp bụi trên bề mặt dây dẫn

và làm tăng đờng kính điện cực quầng sáng, do vậy phải tăng hiệu điện thế
quầng sáng, đó là điều không phải bao giờ cũng thực hiện đợc. Nếu bụi có
điện trở lớn thì dây dẫn coi nh bị phủ lớp cách điện và quầng sáng sẽ
không tạo thành. Nguyên nhân này ảnh hởng xấu đến sự làm việc của thiết
bị đặc biệt là khi có nhiệt độ khoảng 300
0

ữ
400
0
C và chứa các Sunfat kim
loại.
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
20

Để khắc phục hiện tợng này ta cần giảm nhiệt độ khí, rung động
thờng xuyên điện cực quầng sáng, giảm lợng khí bị hút vào tối thiểu để
giảm hàm lợng SO
3
trong khí.
Các hạt bụi lắng ở điện cực lắng sẽ ảnh hởng đến công tác thiết bị,
liên quan đến độ dẫn điện và làm giảm hiệu quả thu bụi. Do bề mặt lớp bụi
không bằng phẳng do thế hiệu dễ bị xuyên thủng ở những chỗ nhô ra nên
phải giảm thế hiệu trong thiết bị lọc.
5. ảnh hởng các tham số điện của thiết bị
Nh đã nêu, thế hiệu quầng sáng liên quan đến cờng độ điện trờng
có ảnh hởng đến công tác thiết bị. Cờng độ dòng điện tăng khi tăng thế
hiệu là đặc điểm thuận lợi của chế độ điện. Tuy nhiên khi xuất hiện quầng
sáng ngợc cũng làm tăng cờng độ dòng điện mặc dầu hiệu quả thu bụi

giảm. Vì vậy hiện tợng tăng cờng độ dòng điện không phải luôn dẫn đến
cải thiện quá trình thu bụi mà phải xem nguyên nhân làm tăng cờng độ
dòng điện đó.
Sở dĩ trên điện cực quầng sáng luôn duy trì cực âm vì quầng sáng bền
vững hơn và thế hiệu xuyên thủng lớn hơn so với quầng sáng dơng, ngoài
ra các ion âm có tính hành động lớn hơn ion dơng.
Không cho phép cấp nguồn xoay chiều vào điện cực quầng sáng vì khi
đó chiều chuyển động của các hạt của các hạt bụi không ngừng thay đổi và
làm giảm hiệu quả thu bụi.
6. ảnh hởng của tốc độ và sự phân bố khí trong thiết bị đến hiệu suất
thu bụi
Từ công thức

= 1
k
d
L
e


cho ta xét ảnh hởng

k
đến hiệu quả thu
bụi lý thuyết
Khi tăng tốc độ khí đến một giới hạn các hạt bụi đã lắng trên điện cực
có thể văng ra ngoài và bị dòng quấn ra khỏi thiết bị, đặc biệt khi rung động
các điện cực hoặc làm tụt bụi khỏi điện cực.

đồ án tốt nghiệp

Lơng Văn Học
21

IX. ứng dụng cụ thể của phơng án đối với yêu cầu lọc bụi
Yêu cầu của chúng ta ở đây là thiết kế với cao áp lọc là 72kV.
Để có thể xác định đợc chính xác là với điện áp một chiều của ta là 72 kV
thì chúng ta cần phân tích chi tiết về tính chất của các loại bụi. Trớc hết để
đơn giản trong việc phân tích chúng ta ứng dụng cao áp lọc của chúng ta
với thiết bị lọc bụi khá phổ biến hiện nay là thiết bị lọc bụi xiclôn

(ứng
dụng trong nhà máy sứ vigacera, xi măng Bút Sơn)
Hạt bụi chúng ta phân tích ở đây đợc đi sâu vào phân tích thành phần,
kích thớc, khả năng dẫn điện, bán kính trung bình của hạt bụi, độ ẩm của
bụi, tính dẫn điện của từng loại bụi, tính chất hoá học của từng loại bụi
khác nhau.
Từ trên ta đa ra hàm số của cao áp lọc phụ thuộc vào các yếu tố đầu
vào.
Cao áp lọc = f (tính chất hạt bụi, điều kiện môi trờng)
Ngoài những yếu tố trên thì cao áp lọc còn phụ thuộc vào tốc độ
chuyển động của các hạt bụi tới các cực và tốc độ của dòng bụi chuyển
động qua thiết bị lọc bụi (ảnh hởng trực tiếp tới chất lợng lọc bụi).
ở đây chúng ta có công thức xác định tốc độ hạt bụi chuyển động đến cực
lắng với hạt bụi có kích thớc > 1

m.
r...6
E.E.r.10.87,1
xdt
210

=


E
x
: cờng độ điện trờng
Xét chi tiết từng loại bụi cụ thể:

Vật liệu gốm chúng ta xét ở đây là xên-zian (BaO.l
2
O
3
.2SiO
2
và các
cacbonat bari,. Cao lanh, đất sét (các thành phần này làm tăng liên kết xên-
zian khi nung chi tiết) và thuỷ tinh alumosilic nhiều bari. Đặc điểm của loại
vật liệu này là có khối lợng riêng tơng đối lớn, tốn hao điện môi bé ngay
cả ở dới nhiệt độ 300 400
0
C, đồng thời tốn hao điện môi ít biến đổi theo
nhiệt độ. Bụi sau khi nung có độ ẩm trung bình, tuy nhiên do loại bụi này
có khả năng dẫn điện kém do đó cao áp lọc khoảng 65kV.
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
22

Vật liệu là bụi than thành phần chính trong bụi là C đã đợc nghiền
nhỏ, loại bụi này có khối lợng riêng thấp đồng thời khả năng dẫn điện của

bụi than là tơng đối cao do đó cao áp lọc đặt vào thờng chỉ ở mức 55kV.
Vật liệu xi măng Porland (xi măng trắng) đợc sản xuất từ đá vôi cùng với
đất sét và những diệp thạch, hoặc các thành phần của các chất ở lò cao chứa
ôxit nhôm và silic đioxide. Các chất này pha trộn thờng theo tỷ lệ là 60%
đá vôi, 19% silic đioxide và 8% nhôm 5% các loại giấy vải 5% là ôxit
magiê 3% là sunfur trioxide. Bụi xi măng có khả năng dẫn điện kém và có
khối lợng riêng của bụi tơng đối lớn độ ẩm của bụi thấp các phản ứng
hoá học trong bụi ít xảy ra. Đồng thời bụi thải ra từ nhà máy sản xuất xi
măng có hàm lợng rất lớn (gần 1/3 lợng toàn bộ khối lợng củahợp chất
ban đầu đa vào), nh vậy điện áp đặt vào để lọc bụi xi măng thờng phải ở
mức tơng đối cao khoảng từ 70 75 kV.

Kết luận:

Quan tìm hiểu sơ bộ về thiết bị lọc bụi, cấu tạo và các bộ phận cùng
nguyên lý hoạt động của chúng. Đồng thời đa ra đợc chức năng các bộ
phận, các thông số kỹ thuật, giúp ta có khái niệm ban đầu về lọc bụi và cơ
bản có thể định hớng để có thể thiết kế chi tiết thiết bị lọc bụi tĩnh điện.
Trong phạm vi của điện tử công suất ta chỉ xét đến hệ thống cung cấp điện
áp vào cho lọc bụi tĩnh điện cùng các khâu liên quan đến hệ thống này.
Nh đã phân tích ở trên thì với cao áp lọc của chúng ta là 72 kV thì
đợc áp dụng chính ở trong các nhà máy sản xuất xi măng. Chúng ta thiết
kế mạch điều khiển và mạch lực theo điện áp đầu vào đã cho và với cao áp
lọc của chúng ta 72 kV. Tuy nhiên chúng ta phải luôn luôn đảm bảo ổn
định điện áp đầu vào, có khả năng chống ngắn mạch và tự động đóng mạch
vào điện áp làm việc với thời gian điều chỉnh đợc.
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
23

Chơng II
Rơle thời gian

Trong tự động điều khiển, bảo vệ thờng gặp những trờng hợp cần có
một khoảng thời gian giữa những thời điểm tác động của hai hay nhiều thiết
bị, hoặc trong tự động hóa các quá trình sản xuất, nhiều khi phải tiến hành
những thao tác kế tiếp nhau những khoảng thời gian cần thiết đó, ngời ta
dùng rơle thời gian. Nh vậy, có thể định nghĩa rơle thời gian là rơle có đặc
tính: Khi có tín hiệu vào rơle mới phát tín hiệu ở đầu ra (còn gọi là rơle trễ
thời gian hay bộ trễ).
+ Những yêu cầu chung đối với rơle thời gian bao gồm :
- Khả năng duy trì thời gian ổn định, chính xác, tin cậy, không phụ
thuộc vào dao động của điện áp nguồn cung cấp, tần số nhiệt độ và các điều
kiện môi trờng (nhiệt độ, độ ẩm, độ dung).
- Công suất ngắt của hệ thống tiếp điểm đủ lớn.
- Công suất tiêu thụ nhỏ.
- kết cấu, sử dụng đơn giản.
Hầu nh ở tất cả các loại rơle trở về trạng thái đầu khi tín hiệu điện
đầu vào bằng 0, do đó không yêu cầu hệ số nhả cao.
Trong các sơ đồ tự động điều khiển, nhiều khi có tần số thao tác cao
nên yêu cầu đoọ bền cơ về chống mài mòn cao từ 5 ữ 10.10
6
lần thao tác.
Thời gian tạo trễ chậm từ 0,25(s) trở lên , có thể tới hàng giờ và lâu hơn
nữa. Các rơle thời gian điện tử còn cho phép hẹn giờ (nhớ) hoặc lập trình.
+ Cấu trúc chung của rơle thời gian gồm có các bộ phận chính sau:

- Bộ phận động lực: có chức năng nhận tín hiệu vào là năng lợng điện,
biến đổi thành năng lợng thích hợp cho bộ phận hợp thời gian hoạt động.

Bộ phận động lực có thể là nam châm điện, động cơ điện, bộ biến đổi điện:
biến áp, chỉnh lu
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
24

- Bộ tạo thời gian : có chức năng kéo dài thời gian trễ của rơle. Bộ phận
này làm việc theo nhiều nguyên lý khác nhau nh : điện tử, cơ khí, khí nén,
thủy lực , điện tử v..v.. Căn cứ vào bộ tạo thời gian trễ mà có tên rơle tơng
ứng.
Ví dụ rơle điện từ , rơle thời gian thủy lực, rơle thời gian điện tử v..v..
- Bộ phận đầu ra: rơle phát tín hiệu ra bằng sự thay đổi trạng thái đóng,
mở các tiếp điểm.
Ngoài ra rơle còn có bộ phận điều chỉnh thời gian tác động (thời gian
trễ) của rơle và bộ phận hiển thị thời gian ở dạng chữ số.
Ký hiệu rơle thời gian trong sơ đồ mạch điện nh ở hình 2.1:
a) b) c)
Hình 2.1 Kí hiệu rơle thời gian
a) cuộn dây; b) tiếp điểm thuờng mở, đóng chậm; c) tiếp điểm
thuờng đóng, mở chậm

I. Rơle thời gian điện từ
1. Cấu tạo
Kết cấu rơle thời gian kiểu điện từ nh trên hình 2.2:
Mạch từ gồm lõi 1, nắp 2, tấm đệm phi từ tính 3 (thờng bằng các tấm
đồng mỏng 0,1(mm)). Lõi sắt 1 đợc bắt chặt lên bảng điện 4 nhờ đế nhôm
5. Trên đế còn lắp hệ thống tiếp điểm 6. Nam châm điện một chiều có lõi
làm bảng thép armkô. Nhánh phải có tiết diện tròn để chế tạo và láp ráp
cuộn dây đợc thuận tiện. Nhánh trái có tiết diện chữ nhật, nhờ đó tăng
đợc chiều dài chỗ tiếp xúc giữa lõi và nắp từ là phần chuyển động, do đó

tăng đợc độ bền cơ chống mài mòn của cạnh quay. Trên nhánh trái có lắp
một vòng ngắn mạch có dạng ống trụ rỗng 8, tiết diện lớn, làm bằng vật
liệu dẫn điện tốt nh đồng hoặc nhôm .
đồ án tốt nghiệp
Lơng Văn Học
25


Hình 2.2 Rơle thời gian điện từ
Bộ phận duy trì thời gian của rơle làm việc theo nguyên lý điện từ, trên
cơ sở sử dụng dòng điện cảm ứng xuất hiện trong ống dẫn điện trụ rỗng,
khi từ thông chính do cuộn dây sinh ra trong mạch từ biến thiên. Theo định
luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ thông của nó sinh
ra chống lại sự biến thiên (tăng hay giảm) của từ thông chính. Do vậy, tốc
độ tăng hay giảm của từ thông chính khi cuộn dây đợc đóng hay ngắt điện
sẽ chậm đi. Có nghĩa thời gian tác động và thời gian nhả của rơle đợc tăng
lên.
Muốn có thời gian nhả chậm hơn, từ dẫn khe hở không khí làm việc và
khe hở phụ phải rất lớn, cho nên các bề mặt tiếp xúc giữa lõi và nắp nam
châm điện phải đợc mài nhãn.
Đế đúc nhôm của rơle còn đóng thêm vai trò vòng ngắn mạch phụ để
tăng thời gian nhả chậm.
Trong vật liệu từ lí tởng, sau khi ngắt điện cuộn dây, từ thông trong
lõi giảm đến giá trị còn d

d
. Giá trị

d
do vật liệu và kích thớc mạch từ

quyết định. Lực khử từ càng nhỏ, mật độ từ thông d B
d
càng nhỏ, từ thông
d

d
càng bé thì thời gian nhả chậm của rơle càng lớn. Thời gian nhả chậm
đối với mạch từ bão hòa có thể tính theo công thức: