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

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

Chơng I
Giới thiệu quy trình sản xuất của nhà máy
1.1.Giới thiệu chung về công ty xi măng Duyên Linh:
Công ty xi măng Duyên Linh đợc khởi công xây dựng từ năm 1979 do Sở Xây
Dựng Hải Dơng thiết kế và xây dựng với dây chuyền công nghệ sản suất xi măng
bằng phơng pháp thủ công là chính. Công ty xi măng Duyên Linh có trụ sở tại xã Duy
Tân, huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dơng. Nằm trên diện tích 10ha cách quốc lộ 5A
10Km về phía Tây, có vị trí địa lý thuận tiện nằm bên dãy núi đá vôi đợc bao bọc bở
Sông Kinh Thày. Rất thuận lợi cho việc khai thác nguyên liệu đợc sử dụng là nơi vạn
chuyển hàng hoá, vật t nguyên liệu cho công ty, có hệ thống đờng bộ đợc bê tông hoá
là nơi vận chuyển đất đá và sản phẩm đi tiêu thụ. Năm 1995 đợc sự quan tâm chỉ đạo
của Đảng và nhà nớc ,công ty đã đầu t một dây chuyền sản xuất xi măng có công suất
8.8 vạn tấn/năm và đa vào hoạt động từ năm 1996 .Thiết bị và công nghệ đợc đầu t
ban đầu đợc nhập khẩu hoàn toàn từ Trung Quốc với tổng giá trị vốn đầu t là 39 tỷ
đồng. Sau gần 10 năm hoạt động cho đến nay công ty đã có nhiều thay đổi,nâng cấp
và sửa chữa tiết bị cũng nh dây chuyền công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế
trong quá trình sản xuất
Trải qua nhiều năm hoạt động,đội ngũ cán bộ công tác ngày càng trởng thành cả
về chất lợng cũng nh số lợng,sản phẩm đạt chất lợng caoCông ty xi măng Duyên Linh
vói việc sản xuất xi măng Pooclăng đang đợc ngời tiêu dùng trong tỉnh cũng nh trong
cả nớc mến mộ và tiêu dùng.Vớ đội ngũ cán bộ công nhân viên giàu kinh nghiệm
cùng với lòng quyết tâm yêu nghề đã đa nhà máy luôn đạt danh hiệu là đơn vị đi đầu
trong ngành xi măng trong khu vực. Với cơ cấu sắp xếp cán bộ hợp lý đã đa công ty
hoạt động có hiệu quả cao,xứng đáng là đơn vị vững mạnh trong công tác tổ chức
công đoàn và đoàn thanh niên trong khu vực.Với phơng châm phấn đấu sản xuất và
tiêu thụ 8.8 vạn tấn/năm trong nhiều năm liền nhà máy đã hoạt động hết công suất để
hoàn thành chỉ tiêu đã đề ra.
Trong thời gian gần đây Công ty xi măng muốn đầu t nâng cấp dây chuyền nhằm
đảm bảo đủ sản lợng để cung cấp cho thị trờng tiêu thụ trong nớc ,đặc biệt là trong

tỉnh Hải Dơng và một số tỉnh lân cận.Với mạng lới tiêu thụ rộng rãi sản phẩm của
công ty đợc nhiều ngời tiêu dùng trong nớc tin tởng sử dụng . Ngoài trung tâm giao
dịch tiêu thụ chính.Công ty còn có các chi nhánh ở các tỉnh thành,để thuận lợi cho ngời tiêu dùng.
1.2 Quy trình sản xuất xi măng của nhà máy.
1.2.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu.
1


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Nguyên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu là đá vôi,đá vôi đợc khai thác bằng
phơng pháp nổ mìn,sau đó dùng máy súc và xe tải chuyên dùng đổ vào phễu tiếp
liệu.Lúc này đá có kích thớc là 350 mm.Từ phễu tiếp liệu,băng tải xích chuyển đá qua
máng kẹp hàm.Đá sau khi qua kẹp hàm có kích thớc là 80 mm. Ngoài ra còn có các
loại phụ gia khác nh than, đất, quặng sắt, thạch cao. Với điều kiện thuận lợi là nguyên
liệu ở gần sát nhà máy, đá sau khi đợc khai thác đợc hệ thống các băng tải cao su vận
chuyển về nơi tập kết và đợc phân loại (đá vôi đen, đá vôi xanh), kiểm tra chất lợng.
Đá đạt chất lợng có kích thớc giới hạn là 350 mm.
Sau khi qua công đoạn đập đá lần 1, đá đợc hệ thống băng tải cao su đa vào
máy đập búa để thực hiện công đoạn đập đá lần 2. Qua khỏi công đoạn này, đá
nguyên liệu đạt kích thớc 25 mm và đợc hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào các silo 1 và
2.
Các loại phụ gia khác thì đợc đa từ các nơi về và tập kết ở kho chứa phụ gia.
qua công đoạn đập nhỏ, sấy, sàng phân loại để có đợc kích cỡ quy định tạo điều kiện
cho máy nghiền đạt năng suất sau đó đợc đổ vào các silo 3 và 4.
Riêng phụ gia đá thạch cao thì cũng nh đá nguyên liệu (đá vôi) đợc máy kẹp
hàm đập nhỏ rồi đợc gàu tải xúc lên chứa trong silo 5.
1.2.2 Công đoạn phối và nghiền nguyên liệu.
Máy nghiền liệu có công suất thiết kế là 24 tấn/giờ.vật liệu vào máy có kích thớc < 40 mm,độ ẩm tối đa < 10%.Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lợng
sản phẩm của công nghệ sản xuất xi măng lò đứng. Đảm nhận công đoạn quan trọng
này chính là hệ thống cân băng định lợng điều khiển bằng máy vi tính. Hệ thống gồm

6 bộ cân băng đợc đặt dới đáy các silo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến miệng
máy nghiền là : Đá 1, đá 2, than, quặng sắt, thạch cao. Nhiệm vụ chính của các cân
băng đáp ứng sự ổn định về lu lợng và điều khiển lợng nguyên liệu cấp này sao cho
phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra.
Nguyên liệu từ đáy các silo đợc trút lên mặt các băng tải cân băng, qua hệ
thống cấp liệu. Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau (vận chuyển
các nguyên liệu khác nhau với 1 lu lợng khác nhau) nhằm mục đích khống chế và
điều chỉnh (tốc độ băng) sao cho lu lợng liệu nhận đợc ứng với giá trị đặt trớc, theo
yêu cầu công nghệ sản xuất với sai số bé hơn hoặc bằng giá trị cho phép.
Hệ thống 6 cân băng định lợng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao su và
băng tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã đợc phối) đổ vào máy ngiền bi
thực hiện nghiền thành bột liệu. Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn (về kích thớc) sẽ đợc
hệ thống gầu tải xúc lên đổ vào cá silo chứa, các hạt cha đạt (có độ mịn > 10% trên
sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ đợc máy phân ly đa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại.
2


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
1.2.3 Công đoạn nung luyện clinke.
Đây là 1 trong những công đoạn quyết định chất lợng của sản phẩm. Bột liệu đợc lấy ra và đợc đồng nhất bằng hệ thống rút liệu,sau đó qua hệ thống máy trộn ẩm
đạt độ ẩm 60% rồi đa vào máy vê viên kiểu sàng quay. Những viên liệu có kích cỡ 6
8 mm sẽ đợc đổ xuống 1 băng tải cao su rồi đa vào hệ thống cấp liệu cho lò nung,
các viên liệu đợc cấp vào lò bằng cách rãi đều từng lớp một và đợc nung ở nhiệt độ
1500oC tạo thành clinke.Clinke ra khỏi lò có nhiệt độ cao và đợc làm nguội qua hệ
thống làm mát đến khoảng 150 độ, sau đó đợc rút ra bằng hệ thống máy ghi xả. Lúc
này các viên liệu đã trở thành clinke và dính vào nhau thành từng tảng có kích thớc
khoảng 80 100 mm. Hệ thống ghi xả sẽ xả clinke nóng lên băng tải xích tấm đặt
ngay dới đáy lò và các tảng clinke đợc đa vào máy kẹp hàm clinke để đập nhỏ. Tuỳ
theo chất lợng clinke tốt hay xấu mà đợc đa vào chứa trong các silo riêng (Để ủ sau 7
đến 15 ngày trớc khi rút ra và phối với các lợng phụ gia khác nhau để đa vào nghiền

xi măng.
1.2.3 Công đoạn nghiền clinke thành ximăng thành phẩm và đóng bao xi
măng.
Clinke, thạch cao, phụ gia. sau khi đợc các bộ phận chức năng kiểm tra chất lợng, clinke đợc hệ thống cân băng định lợng phối cùng với các thành phần,thạch cao,
đất silíc, theo một tỷ lệ nhất định, sau đó đợc hệ thống băng tải cao su đa vào máy
Đấtsau
than
nghiền. Qua
ngăngia
đập sơ bộ và ngăn nghiền mịn Sản phẩm
máy nghiền chính là xi
Đá,phụ
Quặng
măng thành phẩm. Thành phần clinke,thạch cao và phụ gia đợc điều chỉnh để đạt chất
lợng xi măng theo yêu cầu.Các hạt xi măng cha đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900
lỗ/cm2 ) sẽ đợc máy phân ly đa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại. Sản phẩm xi
Kiểm tra
Kiểm ttra
măng đạt chất lợng đợc đổ vào các silo 14, 15, 16. Sau khi để nguội thì đợc đa vào
máy đóng bao, thành phẩm đợc đóng kho kết thúc quy trình sản xuất.
Dới đây là sơ đồ khối dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng Duyên Linh:
Máy hút bụi
Đập
Phơi sấy

Kiểm tra
Si lô1

Kiểm tra
Máy hút

bụi

Hệ thống cân băng định
Lợng1-2

Si lô 2,3

3


ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p cho hÖ thèng läc bôi tÜnh ®iÖn

M¸y hót bôi

NghiÒn nguyªn liÖu

Ph©n ly

H¹t th«

KiÓm tra

M¸y hót bôi

Si l«

§ång nhÊt

KiÓm tra

Trén Èm

Vª viªn

KiÓm tra

M¸y hót bôi

Th¹ch
cao

Phô gia

KiÓm tra

KiÓm tra

Lß nung 1+2
§Ëp, n¹p

36


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

Kiểm tra

Silô

Máy hút bụi

Kiểm tra

Máy hút bụi

Silô

Nghiền xi số 3+4
Hạt thô
Phân ly

Kiểm tra

Silô chứa

Kiểm tra

Kiểm tra

Đóng bao

Kiểm tra

Nhập kho

37


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Hình 1.1 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy

1.3 Giới thiệu về lọc bụi tĩnh điện cho khu vực đóng bao xi măng.
1.3.1 Giới thiệu chung .
Lọc bụi tĩnh điện là một trong những giải pháp hữu ích để hạn chế ô nhiễm môi trờng, bởi khi có hệ thống lọc bụi này thì các chất thải vấ các hạt bụi sẽ đợc lọc trớc khi
thải ra môi trờng . Tuy nhiên bên cạnh những u điểm đó, lọc bụi bằng lọc bụi tĩnh
điện cũng có một số nhợc điểm nhất định đó là: hệ thống lọc bui tĩnh điện phải thiết
kế nguồn một chiều từ lới xoay chiều,nên kinh phí đầu t rất lớn .Lọc bụi tĩnh điện là
một hệ thống các thiết bị đợc sử dụng để làm sạch khí thải do các nhà máy , xí nghiệp
công nghiệp thải ra . Lọc bụi tĩnh điện có thể xử lý một lợng khí thải lớn với các đối tợng khí có tham số nhiệt độ , áp suất , lợng bụi và kích thớc hạt bụi khác nhau . Bộ
lọc bụi tĩnh điện có thể sử lý bụi ở các trạng thái khô hoặc ớt , hiệu quả lọc có thể đạt
tới 95 % .
1.3.2 Nguyên lý lọc bụi .
Khi lợng khí bụi đi qua vùng điện trờng đợc tạo ra giữa các bản cực , các hạt bụi
sẽ bị nhiễm điện tích tuỳ theo trờng hợp thanh gai nhọn phóng điện là âm hay dơng .
Các hạt bụi mang điện tích này sẽ bị hút vào bản cực mang điện tích trái dấu tạo thành
lớp bụi .Lớp bụi sẽ đợc tích đến một độ dày nhất định , sau đó sẽ dùng phơng pháp
rung để các hạt bụi rơi ra khỏi điện cực xuống các thùng chứa . Qúa trình lọc bụi cơ
bản bao gồm nh sau :
Tạo điện trờng nạp điện cho các phần tử .
- Phát điện vầng quang : các electron tự do . Khi điện áp tăng đến một giá trị
nhất định thì sẽ tạo ra điện vầng quang.Các electron tự do đợc tạo ra bởi dòng vầng
quang ra khỏi điện cực âm. Chúng di chuyển ngày càng nhanh hơn và ra xa điện cực
nạp.Trong quá trình di chuyển làm chúng va chạm với các phân tử khí, sẽ mất các
phân tử mất electron (e) trở thành I on (+). Trong qúa trình này xảy ra gần điện cực
nạp và chúng tạo ra ngày càng nhiều các electron, các điện tử này không va đập với
các phân tử khí, mà di chuyển về phía điện cực hút đối diện với điện cực nạp .Khi hạt
bụi chạm đến điện cực hút , điện tích nạp của nó sẽ bị trung hoà một phần vào điện
cực hút , một phần còn lại sẽ tham gia vào việc tạo lực liên kết phân tử để giữ các hạt

38

Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
bụi trên bề mặt bản cực Lớp bụi sẽ dày đến một chiều dày nhất định , sau đó sẽ đợc
động cơ rung rụng xuống buồng lắng bụi ở phía dới.
1.3.3 Cấu tạo của lọc bụi tĩnh điện khu vực đóng bao.
Lọc bụi tĩnh điện của khu vực đóng bao gồm có các bộ phận chính nh sau
- Điện cực hút
- Điện cực nạp
- Hệ thống cấp điện áp cao.
- Bộ đập
- Buồng chứa, Gía đỡ
Điện cực nạp: Cấu tạo của điện cực nạp gồm có các khung thép trên đó có gắn
các cây gai nhọn , điện cực nạp đợc đấu với cực âm của điện áp một chiều sau khi qua
chỉnh lu.
Điện cực hút: Đợc xen giữa các điện cực nạp là các điện cực hút, Điện cực hút
là các tấm thép các bon mỏng khoảng 5mm. Các hạt bụi sau khi đi vào vùng điện trờng đợc tạo ra giữa các điện cực sẽ bị nhiễm điện tích âm và bị hút vào các tấm cực
và bị dính lại ở các tấm cực đó,tạo thành một lớp ngày càng dày lên, sau đó nhờ bộ
rung,các bụi sẽ đợc rơi xuống buồng lắng đặt ở ngay dới,nhờ hệ thống vít tải đa trở lại
boongke chứa xi măng.
Hệ thống cấp điện cao áp : Thiết bị này xác định và điều khiển cờng độ điện trờng giữa điện cực nạp và điện cực hút.ở đây ngời ta sử dụng bộ cung cấp nguồn gồm 3
bộ phận: Máy biến áp tăng áp, bộ chỉnh lu điện cao áp và mạch vòng đo lờng điều
khiển.
Bộ gõ: Gồm có hai động cơ rung đợc lắp ở hai đầu thùng chứa, trên đó có gắn
các búa văng ứng với các tấm điện cực hút. Mỗi vòng quay các búa văng sẽ đập tới các
tấm mang điện cực hút làm cho bụi rơi xuống buồng chứa

39

Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
V1
Bản cực
nạp

V2

Bản cực
hút

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Buồng chứa và giá đỡ: Là nơi chứa bụi tạm thời sau khi bụi đợc gõ rơi khỏi
điện cực, sau đó bụi sẽ qua các van sả cánh xoay xuống vít tải, qua gầu tải và hồi về
silô chứa.V1, V2 là hai Tiritor đấu song song ngợc các mạch điều áp xoay chiều, điện
áp lới sau đợc điều chỉnh nhờ bộ điều áp xoay chiều sau đó đợc nâng lên điện áp cao
khoảng 72kV nhờ biến áp lực T0 sau đó đợc chỉnh lu thành điện áp 1 chiều nhờ cần
chỉnh lu. Do các điôt của cầu chỉnh lu phải chịu điện áp rất cao do vậy cần chỉnh lu
này gồm nhiều các điôt mắc nối tiếp với nhau.
Sau khi đợc chỉnh lu thành điện áp một chiều sẽ đợc cấp trực tiếp đến các bản
cực của lọc bụi.
Cực mang điện áp dơng sẽ đợc nối với bản cực hút là các tấm phẳng. Điện áp
âm sẽ đợc nối với bản cực mang nhiễu mũi nhọn.

chơng 2
Phơng pháp chỉnh lu và
điều áp xoay chiều một pha
2.1. Tổng quan về chỉnh lu và điều áp xoay chiều .
Lọc bụi tĩnh điện dùng để lọc bụi ở các nhà máy có độ bụi cao nh các nhà máy
xi măng với mục đích nhằm thu hồi lợng bụi và giải quyết các vấn đề liên quan tới
môi trờng.Do vậy muốn làm đợc điều đó thì ta phải đặt lọc bụi tại nơi có nhiều bụi nh

các ống khói nhà máy là nơi có nhiều bụi và nồng độ các chất độc hại.Một yêu cầu lớn
đặt ra là cần một điện áp phù hợp để sinh ra điện trờng mạnh giữa hai bản cực của tụ
điện các bản cực này nằm trong của lọc bụi tĩnh điện.Điện trờng giữa hai bản cực sẽ
40


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
làm nhiễm điện các hạt bụi đi vào trong buồng chứa của lọc bụi và đi về và bám vào
phía điện cực trái dấu.Trên các bản cực này có các màng rung hoặc búa gõ để làm bụi
này rơi xuống và đợc băng tải vít nằm phía dới đa ra ngoài đem đi xử lí.Sơ đồ bộ
nguồn cho lọc bụi tĩnh điện nh sau.
Điện áp l
ới

Bộ điều áp
xoay chiều

Máy biến
áp

Bộ chỉnh l
u

Hình 2.Sơ đồ khối hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Trên sơ đồ trên điện áp lới là điện áp 2 pha 220 V,bộ điều khiển điện áp cấp cho
các bản cực là bộ điều áp xoay chiều.Khâu tiếp theo là máy biến áp sẽ khuếch đại điện
thế lên mức cần thiết (từ 20 đến 75 KV).Sau đó điện áp này đợc chỉnh lu thành điện áp
một chiều cấp cho các cặp má cực.
Phơng trình đặc tính của hệ thống:
U=

q
q = C.U
C

Trong đó :
C : điện dung của tụ.
Q : điện tích giữa hai bản cực.
2.2 Các phơng pháp điều khiển điện áp xoay chiều .
Các phơng pháp điều khiển điện áp xoay chiều gồm có :

Điều khiển điện áp xoay chiều một pha : phơng pháp này áp dụng cho
những trờng hợp có công suất nhỏ dới 10 KW. Ta sẽ đi vào tìm hiểu từng sơ đồ để lựa
chọn sơ đồ thích hợp.

Điều khiển điện áp xoay chiều 2 pha : phơng pháp này áp dung cho
những trờng hợp yêu cầu công suất lớn .Phơng pháp này có rất nhiều sơ đồ khác
nhau .Tuy nhiên trong phạm vi đồ án này ta không đi vào tìm hiểu phơng pháp điều áp
này.
*Các sơ đồ về điều áp xoay chiều một pha.
Mạch động lực bộ điều áp xoay chiều nói chung có một số sơ đồ kinh điển. Trên
hình 2.1 a là điều áp xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện
kháng hay điện trở phụ (tổng trở phụ ) biến thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản
dễ thực hiện.

41


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

Zf
U1

TBBĐ
U2 i Z

U1

i

U2

a
b
Hình 2.2 Các phơng án điều áp một pha

U1

U2
C

Tuy nhiên điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít đợc dùng, do hiệu suất thấp (nếu
Zf là điện trở ) hay cos thấp (nếu Zf là điện cảm ). Ngời ta có thể dùng biến áp tự
ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U 2 nh trên hình 2.1 b. Điều chỉnh bằng biến áp
tự ngẫu có u điểm là có thể điều chỉnh điện áp U2 từ 0 đến trị số bất kỳ, lớn hay nhỏ
hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn
điện áp vào, thì phơng án phải dùng biến áp là tất yếu. Tuy nhiên sử dụng biến áp tự
ngẫu để điều chỉnh khó thực hiện khi dòng tải lớn, đặc biệt là không điều chỉnh liên
tục đợc, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp.
Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 2.1 a,b có chung u điểm là điện áp

hình sin, đơn giản. Có chung nhợc điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điều
chỉnh liên tục khi dòng tải lớn. Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có
thể khắc phục đợc những nhợc điểm vừa nêu.
Các sơ đồ bán dẫn điều áp xoay chiều trên hình 2.2 đợc sử dụng. Lựa chọn sơ đồ
nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp các
linh kiện bán dẫn.
Sơ đồ kinh điển hình 2.3với thiết bị biến đổi là cặp tiristor mắc song song ngợc
thờng đợc sử dụng nhiều hơn, do có thể điều khiển đợc với mọi dòng tải. Hiện nay
Tiristo đợc chế tạo có dòng điện đến 7000A, thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng
chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp ứng đợc.
Tuy nhiên việc điều khiển hai Tiristo song song ngợc đôi khi có chất lợng điều
khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi cung
cấp cho tải, mà tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng, chẳng hạn nh biến áp hay
động cơ xoay chiều. Khả năng mất đối xứng điện áp khi điều khiển là do linh kiện
42


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
mạch điều khiển Tiristo gây nên sai số. Điện áp tải thu đợc gây mất đối xứng nh so
sánh trên hình 2.3.
Điện áp phần nửa chu kỳ âm nhỏ hơn phần điện áp nửa chu kỳ dơng.Điều này
xảy ra do góc mở 1 của nửa chu kỳ dơng khác với góc mở của nửa chu kỳ âm ,do
vậy phần điện áp chảy qua van trong hai nửa chu kỳ là không đối xứng nhau.

U

UTải

t



U

a
UTải

2

t

1

b
Hình 2.3 Hình dạng đờng cong điện áp tải
a-Mong muốn

b-Không mong muốn

Điện áp và dòng điện không đối xứng nh hình 2.3b cung cấp cho tải, sẽ làm cho
tải có thành phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, phát nóng và bị cháy.
Vì vậy việc định kỳ kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thờng xuyên làm đối với
sơ đồ mạch này. Tuy vậy đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối u hơn cả cho
việc lựa chọn.
Để khắc phục nhợc điểm vừa nêu về việc ghép hai Tiristo song song ngợc, Triac
ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 2.3.b. Sơ đồ này có u điểm là, các đờng cong điện
áp ra gần nh mong muốn nh hình 2.3a, nó còn có u điểm hơn về việc lắp ráp. ở đây
chỉ có một van bán dẫn. Sơ đồ mạch này hiện nay đợc sử dụng khá phổ biến trong

công nghiệp. Tuy nhiên Triac hiện nay đợc chế tạo với dòng điện không lớn (I <
43


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
400A), nên với những dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các Triac, lúc đó sẽ
phức tạp hơn về lắp ráp và điều khiển song song.
Một trong những nhợc điểm của triắc hiện nay là về chất lợng. Hiện nay chất lợng Triac cha thật cao lắm, do đó việc sử dụng còn làm cho ngời ta lo ngại, trong tơng
lai gần chắc chắn việc sử dụng Triac sẽ rộng rãi hơn.
T1
AT

C

R
C

R

AT
T

U1

T2

ZT

U1

a.

ZT

b.

Hình 2.4 Các sơ đồ điều áp xoay chiều điển hình bằng linh kiện
bán dẫn
a) bằng Tiristo, b) bằng Triac.

Do vậy phơng án lựa chọn phơng pháp điều áp xoay chiều là dùng tiristor mắc
nh trên sơ đồ 2.4a.
*Điều áp xoay chiều một pha.
Sơ đồ điều áp nh hình 2.4 a .
Nguồn điện áp là:
u = 2 .V sin t

Trờng hợp tải thuần trở.
Khi van T1 mở thì một phần của nửa chu kỳ dơng điện áp nguồn đặt lên mạch
tải ,còn khi van T2 mở thì một phần của nửa chu kỳ điện áp âm đặt lên mạch tải.
Góc mở đợc tính từ điểm đi qua giá trị 0 của điện áp nguồn u.
Dòng điện tải:

44


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
i = 2.

U
sin
+ à 2.
R

Dòng điện tải không có dạng một hình sin.Khi phân tích Fourier nó gồm thành
phần sóng hài cơ bản và các thành phần sóng hài bậc cao.
Thành phần sóng hài cơ bản của dòng điện i chậm pha sau điện áp nguồn một
góc .
Uc

2 .U

0





2



UT



2

0

i

0

i1

i

2


i2

Hình2.5 Đồ thị điện áp,dòng điện trong trờng hợp tải thuần trở

45


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Điều đó cho thấy rằng ngay cả khi tải thuần trở lới điện xoay chiều vẫn phải cung
cấp một công suât phản kháng.
Giá trị dụng của điện áp trên tải:
UC =

1




(

2 .V sin ) 2 .d = V

2 2 + sin 2
2

Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
IC =

2 2 + sin 2
2

V
R

Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
P = UC I C =

V 2 2 2 + sin 2
.
U
2

Nh vậy bằng cách biến đổi góc từ 0 đến ta có thể điều chỉnh đợc công suất
tác từ giá trị cực đại P =

V2
đến 0.
U

Trờng hợp tải L,thuần cảm.
Khi = cho xung mở T1.Dòng điện tải i tăng dần lên và đạt giá trị cực đại,sau
đó giảm dần xuống và đạt giá trị 0 khi = .
Khi Tiristor T1 mở ta có phơng trình:
di
= 2 .V. sin t
dt
2 .V
i=
cos + I 0
L
L

Hằng số tích phân I 0 đợc xác định theo sơ kiện khi = thì i=0.Cuối cùng ta
nhận đợc biểu thức của dòng điện tải:
i=

2 .V
(cos cos )
L

46


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Góc đợc xác định bằng cách thay = và đặt i=0.

= 2
UC

0





2



2



UT

0
UT

0

i1



i

2
i2

Hình2.6 Đồ thị điện áp,dòng điện trong trờng hợp tải thuần cảm
Khi = + cho xung mở T2.
Để sơ đồ làm việc đợc nghiêm chỉnh khi tải thuần cảm phải thoả mãn điều kiện

< + .Do đó góc buộc phải nằm trong giới hạn.

47


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



2
Dòng điện tải là dòng gián đoạn,do i1 và i2 tạo nên.Khai triển Fourier của nó bao
gồm thành phần sóng hài cơ bản và các song hài bậc cao .Thành phần sóng hài cơ bản
chậm pha so với điện áp nguồn một góc


và độc lập với góc mở .
2

Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:
1 2 2
2 V 1 2
i

.
di
=
(cos cos ) 2 d





L

IC =
IC =

2 V 2( )(2 + cos 2 ) + 3 sin 2
L


Công suất mạch tải tiêu thụ chính là công suất phản kháng .
Trờng hợp tải R+L.
Khi Tiristor T1 mở ta có phơng trình:
di
+ Ri = 2 .V. sin t
dt
R

2 .V
L
i=
sin( ) + A.e

R 2 + (L ) 2
L

Hằng số tích phân đợc xác định theo sơ kiện: Khi = thì i=0.Cuối cùng biểu
thức của dòng tải i có dạng.




tg
i=
sin(



)

sin(



).
e


R 2 + (L ) 2


2 .V

48


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

0





2



2

UT

0
0

UT

2



0

+

Hình 2.7 Đồ thị điện áp,dòng điện trong trờng hợp tảiR+L
Biểu thức này đúng trong khoảng kể từ = đến = .Góc đợc xác định
bằng cách thay = và đặt i=0.
sin( ) sin( ).e




tg

=0

49


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Trong các biểu thức trên: tg =

L
.
R

Tiristor T1 phải đợc khoá lại trớc khi T2 đợc mở,nếu không thì không thể mở đợc

T2 tức là + .
Để thoả mãn điều kiện này ta phải có:


Nguyên tắc chọn thành phần trong mạch
Thông số các van bán dẫn T1,T2 và các Aptomat bảo vệ dòng điện AT đợc lựa
chọn thông qua thông số dòng điện tải.
Dòng điện quyết định chế độ làm việc của van bán dẫn cần chọn và dòng điện
bảo vệ của Aptomat là dòng điện cực đại của tải. Dòng điện cực đại của tải đợc tính
khi góc mở van nhỏ nhất. Thờng góc mở van nhỏ nhất là chế độ làm việc khi =0, lúc
này tải có dòng điện hình sin chạy qua.
Dòng điện tải có thể đợc tính :
ITải=

P
U . cos

Trong đó:
P Công suất định mức của tải.
U - Điện áp định mức.
cos - Hệ số công suất của tải.
Hoặc
ITải=

U
RT2 + X T2

Khi thông số đã cho là điện áp U, điện trở tải RT và điện cảm XT.
Từ các trị số IT ta tính đợc dòng điện làm việc hiệu dụng chạy qua các van bán
dẫn.

Trong sơ đồ hình 2.3a dòng điện chạy qua các Tiristo IT1, IT2 đợc tính.
50


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
IT1=IT2=

I Tau
2

ở sơ đồ hình 2.3b dòng điện chạy qua Triac bằng dòng điện tải.
ITriac=ITải
Điện áp làm việc của các van cần chọn theo biên độ điện áp nguồn xoay chiều.
ULV= 2 .U1
Van bán dẫn đợc chọn căn cứ vào các thông số dòng điện và điện áp vừa mới tính
đợc từ các biểu thức trên.
2.3 Chỉnh lu điện áp.
Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lu với mục
đích biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều. Các loại bộ biến đổi này có
thể là chỉnh lu không điều khiển và chỉnh lu có điêu khiển. Với mục đích giảm công
suất vô công, ngời ta thờng mắc song song ngợc với tải một chiều một điôt (loại sơ đồ
này đợc gọi là sơ đồ có điôt ngợc). Trong các sơ đồ chỉnh lu có điôt ngợc, khi có và
không có điều khiển, năng lợng đợc truyền từ phía lới xoay chiều sang một chiều,
nghĩa là các loại chỉnh lu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lu. Các bộ chỉnh lu có
điều khiển, không điôt ngợc có thể trao đổi năng lợng theo cả hai chiều. Khi năng lợng
truyền từ lới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lu, khi
năng lợng truyền theo chiều ngợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lới xoay chiều)
thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lu trả năng lợng về lới.
Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh lu thành một pha
hay ba pha. Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lu là: dòng điện và điện áp tải;

dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ.
Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một chiều, hay xoay chiều,
có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một chiều hay, xoay chiều. Số lần
đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh
lu với tần số điện áp xoay chiều.
Theo hình dạng các sơ đồ chỉnh lu, với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có thể
phân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau.
Chỉnh lu cầu một pha đối xứng.

51


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

T4

U2

T1

T2

R

T3

L

Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng.
Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả nh sau. Trong nửa bán kỳ điện

áp Anốt của Tiristo T1 dơng (+) (lúc đó Katốt T2 âm (-), nếu có xung điều khiển cho
cả hai van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông để đặt điện áp lới lên tải,
điện áp tải một chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các Tiristo còn dẫn
(khoảng dẫn của các Tiristo phụ thuộc vào tính chất của tải). Đến nửa bán kỳ sau, điện
áp đổi dấu, Anốt của Tiristo T2 dơng (+) (Katốt T4 âm (-)), nếu có xung điều khiển
cho cả hai van T2,T4 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông, để đặt điện áp lới lên
tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trớc.
Chỉnh lu cầu một pha hình 2.8 có chất lợng điện áp ra hoàn toàn giống nh chỉnh
lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. Hình dạng các đờng cong điện áp, dòng điện
tải, dòng điện các van bán dẫn và điện áp của một van tiêu biểu gần tơng tự nh chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. Trong sơ đồ này dòng điện chạy qua van giống
nh sơ đồ hình 2.8, nhng điện áp ngợc van phải chịu nhỏ hơn .
4
0
1
2
3
5
4

10
2
3
5

Việc điều khiển đồng thời các Tiristo T1,T2 và T2,T4 có thể thực hiện bằng
nhiều cách, một trong những cách đơn giản nhất là sử dụng biến áp xung có hai cuộn
thứ cấp nh hình 2.10.
Điều khiển các Tiristo trong sơ đồ hình 2.8, nhiều khi gặp khó khăn cho trong
khi mở các van điều khiển, nhất là khi công suất xung không đủ lớn. Để tránh việc mở
đồng thời các van nh ở trên, mà chất lợng điện áp chừng mực nào đó vẫn có thể đáp

ứng đợc, ngời ta có thể sử dụng chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng.
Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng hai phơng án khác nhau nh hình 2.8. Giống nhau ở hai sơ đồ này là: chúng đều có hai Tiristo
U xung
T1 điều khiển chỉ cần T2
và hai điôt; mỗiD2lần cấp
một xung;T1điện áp một chiều trên tải
có hình dạng ( xem hình 2.13a,b) và trị số giống nhau; đờng cong điện áp tải chỉ có
D1
R

T2
L

D1

R

D2
L

52


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
phần điện áp dơng nên sơ đồ không làm việc với tải có nghịch lu trả năng lợng về lới.
Sự khác nhau giữa hai sơ đồ trên đợc thể hiện rõ rệt khi làm việc với tải điện cảm lớn,
lúc này dòng điện chạy qua các van điều khiển và không điều khiển sẽ khác nhau.

a

b

Hình 2.9 Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng.
Trên sơ đồ hình 2.10a (với minh hoạ bằng các đờng cong hình 2.11a) khi điện áp
Anốt T1 dơng và Katốt D1 âm có dòng điện tải chạy qua T1, D1 đến khi điện áp đổi
dấu (với Anốt T2 dơng) mà cha có xung mở T2, năng lợng của cuộn dây tải L đợc xả
ra qua D2, T1. Nh vậy việc chuyển mạch của các van không điều khiển D1, D2 xảy ra
khi điện áp bắt đầu đổi dấu. Tiristo T1 sẽ bị khoá khi có xung mở T2, kết quả là
chuyển mạch các van có điều khiển đợc thực hiện bằng việc mở van kế tiếp. Từ những
giải thích trên chúng ta thấy rằng, các van bán dẫn đợc dẫn thông trong một nửa chu
kỳ (các điôt dẫn từ đầu đến cuối bán kỳ điện áp âm Katốt, còn các Tiristo đợc dẫn
thông tại thời điểm có xung mở và bị khoá bởi việc mở Tiristo ở nửa chu kỳ kế tiếp).
Về trị số, thì dòng điện trung bình chạy qua van bằng I tb = (1/2 ) Id, dòng điện hiệu
dụng của van Ihd = O,71. Id.
Theo sơ đồ hình 2.12 b (với minh hoạ bằng các đờng cong hình 2.13b), khi điện
áp lới đặt vào Anốt và Katốt của các van bán dẫn thuận chiều và có xung điều khiển,
thì việc dẫn thông các van hoàn toàn giống nh sơ đồ hình 2.12a. Khi điện áp đổi dấu
năng lợng của cuộn dây L đợc xả ra qua các điôt D1, D2, các van này đóng vai trò của
điôt ngợc. Chính do đó mà các Tiristo sẽ tự động khoá khi điện áp đổi dấu. Từ đờng
cong dòng điện các van trên hình 2.13b có thể thấy rằng, ở sơ đồ này dòng điện qua
Tiristo nhỏ hơn dòng điện qua các điôt.

53


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Ud
0

Ud

t

t1

t2

Id

t3

0

t
t1

t2

Id

t
IT1

t3
t

IT1
t

t

IT2

IT2
t

ID1

t
ID1

t
ID2

t
ID2

t
a.

t
b.

Hình 2.10. Giản đồ các đờng cong điện áp, dòng điện tải (Ud, Id),
dòng điện các van bán dẫn của các sơ đồ a- hình 2.12a; b- hình 2.12b.
Nhìn chung các loại chỉnh lu cầu một pha có chất lợng điện áp tơng đơng nh
chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, chất lợng điện một chiều nh nhau, dòng
điện làm việc của van bằng nhau, nên việc ứng dụng chúng cũng tơng đơng nhau. Mặc
dù vậy ở chỉnh lu cầu một pha có u điểm hơn ở chỗ: điện áp ngợc trên van bé hơn;
biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn. Thế nhng chỉnh lu cầu một pha có số lợng
van nhiều gấp hai lần, làm giá thanh cao hơn, sụt áp trên van lớn gấp hai lần, chỉnh lu

cầu điều khiển đối xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn.
Các sơ chỉnh lu một pha cho ta điện áp với chất lợng cha cao, biên độ đập mạch
điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều này không đáp ứng đợc cho nhiều
loại tải. Muốn có chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử dụng các sơ đồ có số pha
nhiều hơn.Tuy nhiên trong phạm vi của đề tài này ta chỉ sử dụng các phơng pháp chỉnh
lu điện áp xoay chiều một pha .

Chơng 3
Thiết kế ,tính toán mạch lực
3.1 Sơ đồ mạch lực của hệ thống.
54


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Mạch lực của hệ thống lọc bụi có sơ đồ nh hình 3.1.
T1
K

g1

R
C

R0

g2

T2

C0

Mạch điều áp

Máy biến áp

D1

D2

D3

D4

Chỉnh lu

Cực lọc bụi

Sơ đồ mạch lực hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Trong đó:
T1, T2 :Tiristor của mạch điều khiển điện áp xoay chiều.
R,C :Bảo vệ điện áp cho van.
R0 ,C0:Bảo vệ xung điện áp từ lới điện.
D1 , D2 ,D3 ,D4:Điốt mạch chỉnh lu cao áp.

3.2 Tính toán các phần tử mạch lực.
3.2.1 Mạch chỉnh lu cầu một pha phía cao áp.
Lựa chọn van động lực cho mạch chỉnh lu (Điốt công suất) theo các nguyên tắc
sau:
Điện áp ngợc van:
U lv = k hd U 2 = k hd .

Ud
72.10 3
= 2
= 112,8(kV )
0,9
0,9

Dòng điện làm việc của van:
I lv = k hd .I d
k hd =
I lv =

1
2
1
2

.1,5 = 1.06( A)

55


Thiết kế mạch điều khiển điện áp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Chọn van có cánh toả nhiệt ,không điều kiện làm mát .Suy ra có:
I D _ max = k i .I lv
I lv = (10 ữ 30)% I D _ max
k i = 0,3 I D _ max = 0,3.1,06 = 0,318( A)

Để sử dụng van tin cậy chọn:

U ng _ max =

U ng _ max_ th
0,5

=

112,8
= 225,6(kV )
0,5

Tra bảng phụ lục ta chọn điốt loại D44UD80 với các thông số sau:
Điện áp ngợc lớn nhất: 800 (kV).
Dòng làm việc cực đại:

44 (A).

Dòng đỉnh cực đại:

880 (A).

Nhiệt độ làm việc:
1250C.
3.2.2 Tính toán máy biến áp cho mạch lực.
*Thông số máy biến áp:
Công suất máy biến áp:P=72.1,5=108 (kW)
Nguồn sơ cấp:Un=220 (V)
Nguồn thứ cấp:Utc=72 (kV)
Điện áp sụt trên 2 điốt nối tiếp là 60 V.

Điện áp chỉnh lu không tải sẽ là:
U do = U d + U V

Trong đó:
Udo :điện áp chỉnh lu không tải.
Ud :điện áp chỉnh lu.
UV :sụt áp trên van động lực.
U do = 7,2 + 0,6 = 72,06(kV)


Công suất tối đa của tải:
Pd _ max = U d 0 .I d
Pd _ max = 72,06.1,5
Pd _ max = 108,09( kW )
56


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


Công suất biến áp nguồn cấp đợc tính:
S ba = k s .Pdm
k :hệ số công suất chỉnh lu
S ba = 1,23.108,09
S ba = 132,95(kVA )

Trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp:
U2 =

Ud 0
ku

U2 =

72,06
= 80,06(kV)
0,9

Tỷ số biến áp:
m=



80,06
= 364,91
0,22

Dòng chỉnh lu định mức:
I d = 1,5( A)
- Dòng trong cuộn thứ cấp:
I2
= 1,11 I 2 = 1,67( A)
Id
- Dòng trong cuộn sơ cấp:
I1 = I 2 .kba

I1 = 1,67.364,91 = 609,4( A)

- Chọn máy biến áp có công suất nh trên,chọn lõi thép 40 ,lá thép dày 0,33
mm có cờng độ từ cảm trong lõi Bm=1,4 Tesla.
- Mật độ dòng điện trong dây quấn máy biến áp = 4( A / mm 2 ) .
- Hệ số lấp đầy k=0,4.
Tính số vòng dây cuộn thứ cấp:
- Tiết diện trụ QFe của lõi thép máy biến áp:
S
QFe = kQ . ba
m. f
Trong đó :
57