Tài liệu Đề tài Nghịch lưu lò tôi: Nghịch lưu lò tôi
- 1 -
CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT
1. Khái niệm:
Lò tôi cảm ứng là thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng dựa vào
hiện tượng cảm ứng điện từ của dòng điện cao tần.
2. Ứng dụng và ưu nhược điểm:
Lò tôi cảm ứng hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong ngành luyện
kim, đây là phương pháp nhiệt luyện tiên tiến, chủ yếu dùng để tôi bề mặt.
Nó có những tính năng ưu việt sau :
- Có thể truyền nhiệt lượng cho vật cần tôi một cách trực tiếp, nhanh
chóng không cần qua khâu trung gian do đó có thể tiến hành tự động hoá
sâu và hiệu suất cao. Đồng thời, do thời gian nung ngắn nên bề mặt sản
phẩm không bị oxihoá
- Có thể tiến hành gia nhiệt trong các môi trường khác nhau như môi
trường trung tính, chân không một cách dễ dàng.
- Do đặc điểm của phương pháp mà chi tiết đem tôi có độ cứng bề
mặt cần thiết trong khi vẫn giữ được độ dẻo thích hợp trong lõi đảm bảo
được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra đối với chi tiết đem tôi. Mặ...
41 trang |
Chia sẻ: hunglv | Lượt xem: 1332 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Đề tài Nghịch lưu lò tôi, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nghịch lưu lị tơi
- 1 -
CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU CƠNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT
1. Khái niệm:
Lị tơi cảm ứng là thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng dựa vào
hiện tượng cảm ứng điện từ của dịng điện cao tần.
2. Ứng dụng và ưu nhược điểm:
Lị tơi cảm ứng hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong ngành luyện
kim, đây là phương pháp nhiệt luyện tiên tiến, chủ yếu dùng để tơi bề mặt.
Nĩ cĩ những tính năng ưu việt sau :
- Cĩ thể truyền nhiệt lượng cho vật cần tơi một cách trực tiếp, nhanh
chĩng khơng cần qua khâu trung gian do đĩ cĩ thể tiến hành tự động hố
sâu và hiệu suất cao. Đồng thời, do thời gian nung ngắn nên bề mặt sản
phẩm khơng bị oxihố
- Cĩ thể tiến hành gia nhiệt trong các mơi trường khác nhau như mơi
trường trung tính, chân khơng một cách dễ dàng.
- Do đặc điểm của phương pháp mà chi tiết đem tơi cĩ độ cứng bề
mặt cần thiết trong khi vẫn giữ được độ dẻo thích hợp trong lõi đảm bảo
được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra đối với chi tiết đem tơi. Mặt khác, lị tơi
cảm ứng cĩ thể tơi được các chi tiết cĩ hình dạng phức tạp mà các phương
pháp khĩ cĩ thể đáp ứng ví dụ như các trục khuỷu, bánh răng, vấu...
- Do cĩ thể tự động hố sâu mà năng suất lao động được nâng lên,
điều kiện lao động cũng được cải thiện.
Tuy nhiên, nĩ cũng cĩ những nhược điểm:
Nghịch lưu lị tơi
- 2 -
- Chủ yếu dùng cho những chi tiết cĩ cùng tiết diện hay tiết diện thay
đổi khơng đáng kể. Với những chi tiết phức tạp, khĩ đạt tổ chức mactenxit
đồng nhất, ngồi ra hệ số hữu ích của thiết bị thấp (0,1 – 0,2)
- Khơng đảm bảo đủ độ bền tĩnh đối với những chi tiết làm việc ở
chế độ nặng nề nhất ( đặc biệt chi tiết lớn trên 30) vì lõi khơng được hố
bền.
3. Tính chất cơng nghệ:
-Tính chất tải của lị cao tần là tải cảm:
Lị tơi cảm ứng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, gồm
các cuộn dây được cấp nguồn cĩ tần số cao; khi cho tải đi qua là các chi tiết
bằng thép cần tơi thì chúng được nung nĩng nhờ nguồn nhiệt sinh ra trong
chính bản thân chi tiết.
Xét một cuộn dây quấn xung
quanh lõi thép, khi đặt vào 2 đầu của
cuộn dây này một điện áp xoay chiều
hình sine sẽ làm phát sinh một dịng điện
cĩ cường độ i đi qua cuộn cảm:
i = I0.sin(ωt)
Trong cuộn cảm xuất hiện một suất
điện động tự cảm:
e = -L
dt
di = -ωLI00 cos(ωt)
Giả thiết điện trở R của cuộn cảm bằng khơng, khi đĩ ta cĩ định luật
Ơm cho đoạn mạch sẽ là:
u = R.i-e = ωLI00 cos(ωt) = ωLI00 sin(ωt+π/2)
=> u = U0sin(ωt+π/2)
Nghịch lưu lị tơi
- 3 -
Như vậy hiệu điện thế ở hai đầu cuộn cảm (khơng cĩ điện trở) biến
thiên điều hồ cùng tần số gĩc với dịng điện qua cuộn cảm và sớm pha hơn
dịng điện π/2
- Để nghiên cứu quá trình truyền năng lượng điện từ từ nguồn điện
vào thanh kim loại người ta sử dụng phương trinh Macxoel trong trường
điện từ:
rot H = j +
t
D
∂
∂ ; div H =0;
rot E = -
t
B
∂
∂ ; div E=0;
trong đĩ: B=H : độ từ cảm,[T]; H – cường độ từ trường, [H]
D=0E : điện cảm,[C/ m2]; E – cường độ điện trường, [V/m]
j =E = E/ - mật độ điện dẫn
- điện trở suất của kim loại
- điện dẫn suất của kim loại
Qua biến đổi ta được năng lượng cung cấp cho kim loại:
S= QP
22 +
với năng lượng cấp nhiệt cho kim loại:
γδ
δ
20
2
2 eHP
z−
=
năng lượng phản kháng:
γδ
δ
20
2
2 eHiQ
z−
=
trong đĩ bề dày thẩm thấu
H0 – cường độ từ trường ở bề mặt kim loại.
Nghịch lưu lị tơi
- 4 -
- Phương pháp tơi bề mặt bằng dịng điện cao tần được dùng khá phổ
biến trong các xưởng nhiệt luyện. Đây là một dạng nguồn nhiệt được sinh
ra trong bản thân chi tiết nhờ dịng điện cảm ứng tập trung ở bề mặt. Vì
vậy, trong một lớp mỏng ở bề mặt lượng nhiệt toả ra rất lớn, nung bề mặt
chi tiết với một tốc độ rất cao. Nhiệt lượng được phát sinh chủ yếu do hai
nguyên nhân:
+ Xuất hiện dịng Fucơ: đây là các dịng điện khép kín ( cĩ chiều
ngược với chiều của dịng kích thích) do đĩ được biến đổi hồn tồn thành
nhiệt năng. Trên thực tế, tần số được sử dụng để nhiệt luyện thường từ
500Hz ÷1MHz. Tần số càng cao thì chiều sâu nung càng nhỏ. Chiều sâu
của lớp mỏng tiêu thụ 86,5% lượng nhiệt cung cấp được gọi là chiều sâu
xâm nhập của dịng cảm ứng, được tính bằng cơng thức:
fμ
ρ (m)
+ Xuất hiện đường cong từ trễ: dưới tác dụng của từ trường ngồi
với cường độ H[A/m], trong vật liệu dẫn điện xuất hiện cảm ứng từ (mật độ
từ thơng) B[T]. Khi từ trường biến thiên, sẽ tạo nên vịng từ trễ và diện tích
của vịng từ trễ chính là năng lượng điện từ được chuyển thành nhiệt năng:
ST= BdH [J/m3]
ST thể hiện lượng nhiệt được sinh ra trong một đơn vị thể tích vật
liệu dưới tác động của điện từ trường biến thiên.
- Trong quá trình tơi, chiều sâu xâm nhập của dịng cảm ứng bị thay
đổi do giá trị điện trở suất ρ và độ thẩm từ μ thay đổi theo nhiệt độ. Khi
nung từ nhiệt độ thường tới nhiệt độ Quyri (7680C), điện trở suất tăng
mạnh, cịn độ thẩm từ gần như khơng đổi. Sau nhiệt độ Quyri điện trở suất
tăng chậm lại, độ thẩm từ nhanh chĩng giảm xuống tới =1, cường độ nung
giảm mạnh, do đĩ, trên thực tế khi nung thép phải tính tốn riêng cho hai
giai đoạn nung ( dưới và trên điểm Quyri). Chiều sâu xâm nhập của dịng
cảm ứng đối với thép cacbon thấp như sau:
Nghịch lưu lị tơi
- 5 -
Dưới 7000C:
f
2
1 =δ [cm]
Trên 8000C:
f
60
2 =δ [cm]
Đối với vật liệu là thép khi nung với nguồn cĩ tần số f=10000Hz,
nhiệt độ nung thay đổi từ 20÷1000C thì ρ thay đổi từ 10.10-6÷130.10-6(Ω
m) và μ thay đổi từ 60÷1(H/m). Khi đĩ lớp thấm tơi cung thay đổi
÷6,7(mm). Với cơng suất tơi là 45kW thì thích hợp cho việc tơi
các vật cĩ kích thước vừa và nhỏ khoảng 20 cm với lớp tơi từ 0,5-6 mm
như các bánh răng, trục khuỷu...
Trong trường hợp tồn bộ lớp tơi được nung bằng dịng cảm ứng,
đảm bảo tốc độ nung cao; cịn nếu chiều sâu lớp xâm nhập của dịng cảm
ứng quá nhỏ so với chiếu sâu lớp tơi thì quá trình nung sẽ xảy ra chủ yếu
bằng dẫn nhiệt với tốc độ thấp.
Chiều sâu lớp tơi khơng những phụ thuộc vào tần số mà cịn phụ
thuộc vào bản chất của vật liệu tơi, nhiệt độ nung và tốc độ nung trong
khoảng chuyển biến pha, nĩi chung ở nhiệt độ cao hơn điểm Quyri. Để
Nghịch lưu lị tơi
- 6 -
đảm bảo chất lượng lớp tơi với thơng số đã xác định là tần số f=10000Hz
cần lựa chọn thời gian nung tức tốc độ nung phù hợp.
Để xác định tốc độ nung, cần phải biết thời gian nung lớp kim loại ở
khoảng nhiệt độ đã cho. Các phương pháp tính tốn ( chủ yếu là thực
nghiệm) giả định rằng cơng suất riêng, tính cho một đơn vị bề mặt là khơng
đổi. Thực tế chúng cĩ thể thay đổi cỡ 30-50%, cho nên ta sẽ phải dùng giá
trị trung bình q(W/m2).
4. Xác định khoảng thời gian nung
a, Xác đinh thời gian nung giai đoạn một:
Chiều sâu xâm nhập của dịng cảm ứng 1 trong giai đoạn này
thường nhỏ hơn chiều sâu lớp tơi bề mặt (≈2) nhiều lần, nên cĩ thể coi
rằng nhiệt lượng sinh ra từ bề mặt được truyền vào trong bằng dẫn nhiệt. Vì
vậy sử dụng phương trình mơ tả quá trình dẫn nhiệt với dịng nhiệt khơng
đổi (từ bề mặt) để tính tốn, ta được:
τλ
τϑ axierfcaqx 22=
Trong đĩ:
t-tđ , nhiệt độ của chi tiết tính từ nhiệt độ ban đầu tđ,0C
-hệ số dẫn nhiệt của kim loại, W/mK
a - hệ số khuếch tán nhiệt ( dẫn nhiệt độ ) của kim loại, m2/s
x - là khoảng cách kể từ bề mặt, m
- thời gian, s
q - cơng suất riêng ( nhiệt suất tạo ra trong chi tiết trên một
đơn vị bề mặt của nĩ),W/ m2
iercf(z) – ký hiệu tích phân hàm Krampa
Khi đĩ nhiệt độ trên bề mặt (x=0) tính theo cơng thức sau:
Nghịch lưu lị tơi
- 7 -
π
τ
λϑ aqM 2=
Từ đĩ thời gian nung bề mặt chi tiết giai đoạn một được tính là:
22
2 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
qa
ϑλπτ
b, Xác đinh thời gian nung giai đoạn hai:
Đây là giai đoạn nung từ nhiệt độ Quyri đến nhiệt độ tơi. Do độ thẩm
từ giảm mạnh, chiều sâu xâm nhập dịng cảm ứng được tăng lên tương ứng
với chiều sâu lớp tơi. Do đĩ, để tính tốn ta sử dụng phương trình vi phân
mơ tả quá trình dẫn nhiệt với nguồn nhiệt phân bố đều trong tồn lớp tơi bề
mặt. Cơng thức tính nhiệt độ tại điểm bất kỳ như sau (với x≤2):
( ) ( )
⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ −⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−+
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ −⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++= 1
2
1
24
22
2
22
2
2 ττλ
δδδδδϑ a
x
Fx
a
x
FxqQ
Trong đĩ:
Q= t- tQ là nhiệt độ kim loại tính từ điểm Quyri tQ , 0C
2 – chiều sâu xâm nhập dịng cảm ứng, m
Hàm F(z) tính như sau:
F(z) = 21
2
11 2
ze
z
erfz
z
−+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ + π
erfz – Hàm Krampa theo z
Khi đĩ:
Nhiệt độ tại bề mặt chi tiết (x=0) trong giai đoạn hai tính như sau:
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= 1
22
22
τ
δ
λ
δδ aFqQM
Nhiệt độ tại biên giới trong của lớp tơi (lấy x=2) tính như sau:
Nghịch lưu lị tơi
- 8 -
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= 1
2
22
τ
δ
λ
δδ aFqQT
Dựa trên các cơng thức này và bằng phương pháp gần đúng liên tục
(cho giá trị τ , tính Qϑ và t, nếu sai số lớn thì chọn lại τ và lặp lại phép
tính) cĩ thể tính thời gian nung từ điểm Quyri đến nhiệt độ tơi của bề mặt
chi tiết và của giới hạn trong lớp tơi. Cuối cùng thời gian nung tổng thể
bằng tổng thời gian nung của giai đoạn một và hai
5. Yêu cầu chất lượng, đặc điểm nguồn cấp và cấu tạo thiết bị
- Chất lượng của thép được đem tơi được đánh giá qua các thơng số
Độ dày lớp được tơi, độ cứng, độ dẻo nĩ phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như:
+ Đặc điểm của thép đem tơi: thành phần cacbon, hình dạng, kích
thước...
+ Thời gian tơi, thời gian làm nguội
+ Đặc điểm của nguồn (tần số, biên độ, cơng suất...), mơi chất làm
nguội.
- Đặc điểm của nguồn điện cấp cho lị tơi:
Bộ nguồn nghịch lưu đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho lị khi cĩ
tải tức lúc đang tơi và phải đảm bảo làm việc được lúc khơng tải khi chi tiết
đem tơi di chuyển hết ra khỏi ống vịng dây của thiết bị nung.
Do đặc điểm làm việc của lị tơi là khơng tải thường xuyên lặp lại
nên nghịch lưu địi hỏi phải làm việc được ở chế độ khơng tải.
- Cấu tạo của thiết bị:
Thiết bị tơi cảm ứng dùng dịng tần số cao từ 500 – 500.000 Hz.
Thiết bị cao tần bao gồm hai bộ phận chính là: nguồn phát tần số và cuộn
cảm ứng, ngồi ra cịn cĩ các bộ phận để làm nguội.
+ Nguồn phát tấn số cao cĩ hai loại chính
Nghịch lưu lị tơi
- 9 -
1. Máy phát tần số trung bình (500 – 10.000 Hz) dùng chủ yếu để
nung sâu hoặc để nấu chảy kim loại
2. Máy phát tần số từ 10.000 – 200.000 Hz dùng chủ yếu để nung các
chi tiết cĩ kích thươc trung bình với độ sâu thẩm thấu khoảng 0,1 – 2 mm
3. Máy phát tần số cao (200.000 – 500.000 Hz) dùng bĩng bán dẫn
để nung lớp mỏng bề mặt .
+ Cuộn cảm ứng cĩ nhiều loại, tuỳ thuộc vào hình dáng, kích thước
của chi tiết, phương pháp nung cũng như cơng suất của thiết bị và yêu cầu
về năng suất cần đạt.
Nghịch lưu lị tơi
- 10 -
CHƯƠNG II:
ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
Do đặc thù của lị tơi cảm ứng, nên ta chọn nghịch lưu một pha cho
phần nghịch lưu của bộ nguồn lị tơi thép. Ta sét lần lượt các sơ đồ sau:
1. Sơ đồ nghịch lưu áp một pha
Đặc điểm: nguồn đầu vào là nguồn áp, nên cĩ tụ C (C->∞ ) mắc song
song với điện trở nguồn. Do vậy nguồn trở thành nguồn hai chiều: phát
năng lượng cho tải đồng thời tiếp nhận năng lượng của tải trả ngược về,
được tích luỹ trong tụ C, thơng qua các diode mắc song song ngược với các
van động lực chính.
Xét đồ thị hoạt động của mạch:
- Điện áp nghịch lưu cĩ dạng xung vuơng chữ nhật, cĩ tần số fN tạo
ra nhờ đĩng mở các cặp van T1,T2 và T3,T4 một cách cĩ chu kỳ: fN=fđk
Do đĩ khi thay đổi tần số điều khiển fđk cĩ thể thay đổi tần số nghịch
lưu fN tuỳ ý.
- Ưu nhược điểm:
+ Ưu điểm:
Nghịch lưu lị tơi
- 11 -
• Điều chỉnh được tần số fN
• Các van chủ đạo sử dụng là các van điều khiển hồn tồn do
đĩ dễ điều khiển đĩng mở các van.
+ Nhược điểm:
• Số lượng van sử dụng khá nhiều
• Cơng suất bộ biến đổi (BBĐ) phụ thuộc vào cơng suất của van
nên bị hạn chế.
• UN cĩ dạng xung chữ nhật nên khị phân tích Furie sẽ xuất hiện
nhiều thành phần sĩng điều hồ bấc cao do đĩ làm giảm hiệu suất của BBĐ
2. Sơ đồ nghịch lưu dịng một pha
- Đặc điểm: Nguồn đầu vào là nguồn dịng, do đĩ nguồn được nối
nối tiếp với Ld (Ld -> ∞ ) nhằm san phẳng dịng đầu vào: Td = const.
Nghịch lưu lị tơi
- 12 -
- Dịng điện nghịch lưu cĩ dạng xung chữ nhật, cĩ tần số fN tạo ra
nhờ đĩng mở các cặp van T1,T2 và T3,T4 một cách cĩ chu kỳ. Do đĩ cĩ
thể thay đổi fN theo tần số điều khiển fđk.
- Xét đồ thị hoạt động của mạch:
- Ưu nhược điểm:
Nghịch lưu lị tơi
- 13 -
+ Ưu điểm:
• Điều chỉnh đựơc tần số fN
• Van sử dụng là van Tiristor nên cĩ cơng suất lớn hơn rất nhiều
so với sơ đồ trên (sử dụng van điều khiển hồn tồn)
• Chỉ cần quan tâm đến vấn đề mở van, vì khi mở van cặp van
này sẽ làm cặp van kia đĩng lại
+ Nhược điểm:
• Khơng làm việc được ở chế độ khơng tải
• Dịng nghịch lưu cĩ dạng xung chữ nhật nên chứa nhiều thành
phần sĩng điều hồ bậc cao làm giảm hiệu suất BBĐ.
• Dạng điện áp và gĩc khố _β gĩc khố nghịch lưu thay đổi
khi giá trị của điện cảm đầu vào Ld thay đổi. Cụ thể:
o Ld=∞ => id = Id= const, dịng nghịch lưu cĩ dạng xung chữ
nhật. Và cĩ ut biến thiên hàm mũ và gĩc khố β là max.
o Ld<∞ nhưng vẫn đảm bảo id liên tục. Lúc này iN cĩ dạng
nhấp nhơ do vẫn chứa các sĩng điều hồ bậc cao. Dạng điện áp gần sine
hơn nhưng gĩc khố β giảm đi.
o Ld<∞ dịng bị gián đoạn. Khi đĩ trong mạch cĩ thể xảy ra
cộng hưởng L,C điện áp sẽ trở nên sine nhưng gĩc khố β là min.
3. Nghịch lưu cộng hưởng
* Ở nghịch lưu dịng (hoặc áp) thì dạng dịng điên iN (hoặc điện áp
uN) đều cĩ chứa thành phần sĩng điều hồ bậc cao. Vì vậy sẽ làm giảm hiệu
suất của BBĐ. Để tăng hiệu suất của BBĐ ta xét nghịch lưu cộng hưởng.
* Do tải cĩ tính cảm kháng vì vậy ta phải đấu với tải tụ C để bù lại
tính cảm kháng nhằm tạo ra cộng hưởng trong mạch. Nhưng do tải thay đổi
liên tục trong quá trình tơi, nên ta khơng thể thực hiện bù đủ được, do vậy
Nghịch lưu lị tơi
- 14 -
mà mạch chỉ tiệm cận tới dao động cộng hưởng. Sau đây ta xét các mạch
dao động cộng hưởng cơ bản:
a, Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp:
- Do điện cảm tải tạo nên nguồn dịng, bộ nghịch lưu phải là nghịch
lưu nguồn áp. Ta xét sơ đồ cầu:
Nghịch lưu lị tơi
- 15 -
o Sơ đồ này sử dụng cộng hưởng nguồn áp nên cĩ thể làm việc
được ở chế độ khơng tải.
o Tải mang tính cảm nên ta đấu với tải tụ C nhằm tạo ra dao
động cộng hưởng và đồng thời phải bù thừa nhằm tạo ra gĩc khĩa β cần
thiết để chắc chắn là khĩa được van lực.
o Và do cộng hưởng nối tiếp nên sơ đồ này cĩ thể làm việc được
với tải biến thiên rộng và trong thực tế sơ đồ này được sử dụng rộng rãi.
Vì vậy ta chọn sơ đồ này để thiết kế phần nghịch lưu cho bộ nguồn
lị tơi thép
*Xét hoạt động của mạch:
- Điện áp nghịch lưu dạng xung chữ nhật, dịng điện trên tải gần
sine và dịng điện vượt trước điện áp ( do thực hiện mồi chậm để chắc chắn
cặp van được khố mới mở cặp van khác).
- Tại thời điểm θ = 0 cho xung mở van T1,T2: dịng đi từ A-> B, tụ
C được nạp. Khi tụ C được nạp đầy dịng qua van T1,T2 giảm về 0. Nhưng
do tải mang tính cảm nên dịng vẫn giữ nguyên chiều cũ nên khép mạch
qua D3,D4 và C0. Khi đĩ điện áp uc đặt lên T1,T2 làm chúng bị khố chắc
chắn.
- Tại thời điểm 2θθ = phát xung mở T3,T4 dịng đi từ B->A và tụ C
được nạp theo chiều ngược lại. Khi tụ C nạp đầy dịng qua T3,T4 giảm về
0, dịng lại khép mạch qua D1,D2 và C0. Sau đĩ quá trình diễn ra lặp lại
tương tự như trên.
b, Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng song song:
- Sử dụng nguồn dịng vì phụ tải gồm tụ điện, điện cảm và điện trở
nối song song ở đầu ra tạo nên tải nguồn áp.
Nghịch lưu lị tơi
- 16 -
- Sơ đồ sử dụng van Tiristor nên cơng suất cuả BBĐ lớn. Ld cĩ giá
trị hữu hạn sao cho kết hợp với Lt , C tạo thành mạch cộng hưởng dao động
với tần số riêng:
220 4
1
.. CRCLL
LL
td
td −+=ω
- Xét đồ thị hoạt động của mạch:
Nghịch lưu lị tơi
- 17 -
- Do hiện tượng cộng hưởng nên uN, iN cĩ dạng gần sine chứa ít
thành phần sĩng điều hồ bậc cao do đĩ mà nâng cao được hiệu suất của
BBĐ.
- Các đại lượng du/dt, di/dt cĩ giá trị nhỏ nên phù hợp để sử dụng
cho thiết bị làm việc với tần số cao, mà khơng địi hỏi nhiều về mạch bảo
vệ van tránh hiện tượng xung.
- Nghịch lưu cộng hưởng cĩ dự trữ gĩc β lớn để nghịch lưu làm việc
ổn định và tần số f0<fN _ tần số nghịch lưu, để đảm bảo các van được khố
chắc chắn
- Ngịch lưu cộng hưởng song song sử dụng nguồn dịng nên khơng
thể làm việc được ở chế độ khơng tải.
Nghịch lưu lị tơi
- 18 -
* Qua những phân tích trên ta đi đến kết luận: sử dụng sơ đồ cầu
cộng hưởng nối tiếp (cộng hưởng nguồn áp) để thiết kế phần nghịch lưu
cho bộ nguồn lị tơi thép.
Nghịch lưu lị tơi
- 19 -
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN MẠCH LỰC
Số liệu: Cơng suất: P= 70kW
Điện áp ra: Ura=400 V
Tần số: fN= 10000 Hz
cosϕ đm=0.8
- Ta cĩ sơ đồ:
- Dịng điện tải ở chế độ định mức:
IN= )(75,2188,0.400
10.70
cos.
3
A
U
P
đa
==ϕ
=> R= )(46,1
75,218
10.70
2
3
2 Ω==
NI
P
Do 1+tg2ϕ = 1/cos2ϕ => tgϕ = 0,75
Nghịch lưu lị tơi
- 20 -
Mà tgϕ = UL/UR = ω .L/R => L= )(10.4,1710000.2
75,0.46,1. 6 HtgR −== πω
ϕ
=> ZL= )(1,110.4,17.10000.2. 6 Ω== −πω L
Do van làm việc ở tần số cao nên thời gian phục hồi ngắn. Ta lấy toff
= 7 μ s.
Vì vậy để đảm bảo nghịch lưu hoạt động bình thường thì gĩc khố
nghịch lưu
060 2,2510.7.10000.180.2. ==≥ −offtωβ
Chọn β =300.
Theo đồ thị ta cĩ:
tg β =
R
ZZ
U
UU LC
R
LC −=−
từ đĩ ta cĩ:
ZC= R. tg β + ZL= 1,46.
3
1 + 1,1=1.94(Ω )
=> điện dung:
C =
CZ.
1
ω = 94,1.10000.2
1
π = 8,2(μ F)
Từ sơ đồ mạch ta cĩ thể xác định được điện áp nghịch lưu:
UN = IN 22 )( CL ZZR −+ = 218,75 22 )1,194,1(46,1 −+ =368,5 (V)
=> Điện áp một chiều cung cấp cho nghịch lưu:
E =
22
π UN =
22
π . 368,5 ≈ 409 (V)
Ở đây, điện áp uN >> ΔU _ độ sụt áp trên van nên ta cĩ thể bỏ
qua độ sụt áp này.
Nghịch lưu lị tơi
- 21 -
1. Lựa chọn các van:
• Xét các thơng số van Tiristor:
- Dịng trung bình qua van:
ITB-T = ∫
−
+
βπ
θβθπ 0
)sin(.2
2
1 dI N = βπβθπ
−+− 0)cos(.2
2
NI =
9,91)1.(cos
2
2 =+βπ NI (A)
- Điện áp ngược max:
Ung-T max = E =409 (V)
Lựa chọn các hệ số dự trữ Ki và Ku theo điều kiện làm mát của van.
Do điều kiện làm việc, nên ta cĩ thể làm mát bằng nước, nằm trong quá
trình làm mát vật liệu sau khi đi ra khỏi lị. Ở đây ta chọn các hệ số dự trữ:
Ki = 1,5 và Ku = 1,5
Do đĩ ta cĩ:
IT = Ki. ITB-T = 137,85 (A)
UT = Ku. Ung-T max = 613,5 (V)
Từ các thơng số này ta cĩ thể tra và chọn van Tiristor sau:
SC150C80 cĩ các thơng số cơ bản sau:
- Điện áp ngược cực đại: Un max= 800 (V)
- Dịng điện làm việc cực đại: Iđm max = 150 (A)
- Sụt áp trên Tiristor ở trạng thái dẫn: ΔUmax = 1,6 (V)
- Điện áp xung điều khiển: Ug = 2,5 (V)
- Dịng điện xung điều khiển: Ig = 100 (mA)
- Đạo hàm điện áp: du/dt = 200 (V/s)
Nghịch lưu lị tơi
- 22 -
- Đạo hàm dịng điện: di/dt = 250(A/ μ s)
• Xét các thơng số của Diode:
- Dịng trung bình qua Diode:
ITB-D = ∫
−
+
π
βπ
θβθπ dI N )sin(.22
1 = π βπβθπ −+− )cos(.2
2
NI =
6,6)cos1.(
2
2 =− βπ NI (A)
- Điện áp ngược đặt lên Diode:
Ung-D max = E =409 (V)
Chọn các hệ số dự trữ như đối với Tiristor , ta cĩ:
ID = Ki. ITB-D = 9,9 (A)
UD = Ku. Ung-D max =613,5 (V)
Từ đĩ tra và chọn Diode CR20_100 cĩ các thơng số sau:
- Dịng chỉnh lưu cực đại: Imax = 20 (A)
- Điện áp ngược của Diode: Un = 1000 (V)
- Tổn hao điện áp ở trạng thái mở: ΔU = 1,1 (V)
• Tính tốn tụ C0:
Giá trị của tụ C0 được tính như sau:
C0 = ( )2ln21.3
. −Δ Ct
t
UR
TE
ΔUC: biến thiên điện áp nguồn một chiều tính theo %
Tt = Lt/Rt
Để đơn giản trong tính tốn ta chọn tụ C0 theo cơng thức:
Nghịch lưu lị tơi
- 23 -
C0 = )(5,24)(10.5,2446,1
10.4,17.333 6
2
6
2 FFR
L
R
T
t
t
t
t μ==== −
−
2. Xét mạch bảo vệ van mạch lực tránh quá dịng, áp:
Ta sử dụng mạch bảo vệ đơn giản (như hình vẽ):
- Ta mắc van song song với một tụ C và R để tránh quá áp; giá
trị của C và R thường được tính theo kinh nghiệm: R = 20÷100 (Ω ) và C =
0,5÷4 ( Fμ )
ở đây ta chọn: R = 50Ω và C = 2 Fμ
- Để bảo vệ quá dịng ta mắc van nối tiếp với một cuộn cảm L.
Giá trị điện cảm tính như sau:
max
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
dt
di <
cpdt
di ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
Do:
L
u
dt
di = , nên:
cpdt
di
L
U ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛<max
=> L > ( ) ( )HH
dt
di
U
cp
μ64,110.64,1
10.250
409 6
6
max ===
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
−
Từ đĩ cĩ thể xác định giá trị của điện cảm: L=2 (μ H)
* Như vậy, tổng quan ta đã lựa chọn và thiết kế xong cơ bản mạch
lực của phần nghịch lưu.
Nghịch lưu lị tơi
- 24 -
CHƯƠNG IV:
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
1. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
2. Chức năng các khâu trong mạch điều khiển:
- Khâu tạo xung điều khiển khởi động: khâu này cĩ chức năng
tạo ra xung điều khiển lúc khởi động và được tách ra khi đã cĩ xung phản
hồi từ mạch lực, lúc mạch đã hoạt động.
- Khâu chia xung: khâu này cĩ tác dụng tạo ra xung cĩ tần số
phù hợp với yêu cầu của mạch lực bộ nguồn. Đồng thời khâu này cĩ chức
năng phân xung điều khiển vào từng kênh cho các nhĩm van trong mạch
lực.
- Khâu khuếch đại sửa xung: khâu này nhằm tạo ra xung điều
khiển thích hợp với van mạch lực và cách ly hồn tồn về điện giữa mạch
lực và mạch điều khiển đảm bảo an tồn cho người điều khiển.
Phát xung
điều khiển
khởi động
Chia xung Khuếch đại
sửa xung
Van mạch
lực
Khâu phản
hồi
Nghịch lưu lị tơi
- 25 -
- Khâu phản hồi cĩ tác dụng tạo ra xung phản hồi điều khiển
mạch (sau khi mạch đã hoạt động). Đồng thời khâu này cịn phải thực hiện
chặn xung điều khiển từ khâu phát xung khởi động.
* Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển
- Đầu tiên, khâu phát xung điều khiển khởi động phát ra xung
cĩ tần số fđk, xung này được đưa vào khâu chia xung để tạo ra xung cĩ tần
số bằng tần số của nghịch lưu fN. Sau đĩ, xung được phân ra 2 kênh để đi
vào điều khiển 2 nhĩm van của mạch lực. Xung này cĩ dạng xung vuơng
chữ nhật, sau khi cho qua mạch vi phân xung ra cĩ dạng xung răng cưa.
- Tiếp theo, xung được đưa vào bộ phận chuyển mạch ( khi
chưa cĩ xung phản hồi) rồi khâu khuếch đại tạo xung để tạo ra xung cĩ
điện áp phù hợp cấp cho mạch van.
- Sau khi, mạch van làm việc, tải bắt đầu hoạt động, cĩ dịng
điện tải dạng hình sin ( do thực hiện nghịch lưu cộng hưởng nguồn áp).
Dịng điện này ta cho đi qua biến dịng để tạo tín hiệu áp sau đĩ cho đi qua
mạch so sánh để tạo ra xung cĩ điện áp phù hợp. Xung này được xử lý
bằng mạch số để tạo tín hiệu chặn xung điều khiển. Đồng thời cũng lấy
xung này qua các khâu để chỉnh sửa thành xung phù hợp và đưa vào mạch
để điều khiển sau đĩ.
* Như vậy, sau khi xung phản hồi xuất hiện, khâu phản hồi thực
hiện chức năng của mình là chặn tín hiệu xung điều khiển khởi động và lấy
tín hiệu phản hồi về để điều khiển. Khi đĩ mạch sẽ làm việc ổn định ở chế
độ cộng hưởng.
II. TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
* Các thơng số cần đạt được của mạch điều khiển:
+ Điện áp điều khiển của Tristor Uđk= 3 V
+ Dịng điện điều khiển Iđk= 100mA
+ Tần số nghịch lưu fN= 10000Hz
Nghịch lưu lị tơi
- 26 -
+ Độ rộng xung răng cưa tx
+ Mức sụt áp xung cho phép ΔUx=0,2 V
+ Điện áp nguồn nuơi mạch điều khiển 15V
1. Tính tốn khâu phát xung điều khiển khởi động
- Ta cần tạo ra mạch phát xung điều khiển cĩ tần số fđk=2.fN (vì
khi sau khi đi qua khâu chia xung, phân kênh là T-Flip-Flop thì tần số sẽ bị
giảm đi một nửa)
- Ở đây ta sử dụng mạch tạo dao động dùng Op-Amp là phổ
biến hiện nay:
Sơ đồ mạch:
Tần số dao động của mạch phù hợp với tần số xung mở Tristor là:
fđk= 2fN= 2.10000 = 20000(Hz)
Ta cĩ chu kỳ xung của mạch là:
T = 2.RC.ln ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
1
221
R
R
Vì ở đây các điện trở khơng tham gia vào việc hạn chế dịng điện nên
cĩ thể chọn sao cho: T= 2.RC
15V
D1
DIODE
+
U1
LM318
-15VC1
0.03uF
R
1k
R3
1k
R2
0.86k
R1
1k
Nghịch lưu lị tơi
- 27 -
Do đĩ ta chọn: R1= 1 kΩ và R2= 0,86 kΩ
Khi đĩ: T= 2.RC = ( ) ( )ss
f dk
μ5010.50
20000
11 6 === −
Chọn R=1 kΩ => C= ( )Fμ025,0
10.2
50
3 =
Chọn khuếch đại thuật tốn: do yêu cầu tạo ra xung cĩ tần số điều
khiển fđk=20000 Hz nên ta cần phải chọn một IC cĩ tốc độ nhanh. Do đĩ ta
chọn IC LM318. IC này chỉ gồm một con trên một vỏ nên rất thích hợp với
việc làm mạch tạo dao động:
Vì vậy ta chỉ cần chọn 1 IC cho một mạch tạo dao động duy nhất
+ Nguồn cung cấp: UCC = ± 15V
+ Dịng vào IC: Ivao= 10 mA
+ Cơng suất: P = 500 mW
+ Nhiệt độ làm việc: t0C = 0 – 70 0C
Sau mạch tạo dao động ta nắp thêm mạch R-Diode để loại bỏ phần
xung âm: ta chọn R3= 1 kΩ và diode 1N4448 cĩ các thơng số sau:
+ Điện áp ngược: Ung=20 V
+ Dịng điện max: Imax=100mA
2. Tính tốn khâu chia xung và phân kênh
- Ta sử dụng T-Flip-Flop làm mạch chia xung ( chia 2) và phân
kênh.
Nghịch lưu lị tơi
- 28 -
T Flip-Flop được tạo ra từ D-Flip-Flop bằng cách nối đầu ra Q với
đầu vào D. Xung điều khiển được đưa vào đầu vào xung nhịp C của D Flip-
Flop.
Chọn D Flip-Flop là IC 4013
3. Tính tốn khâu khuếch đại sửa xung
a, Mạch vi phân:
- Ta sử dụng khâu vi phân đơn giản dùng mạch R-C. Do xung
đi qua Flip-Flop cĩ thể bị méo dạng xung nên cần cĩ phần hiệu chỉnh điện
áp xung ở sau, vì vậy ở đây ta chọn mạch vi phân như sau:
Khi đĩ ta cĩ:
ura= RC.duvao/dt
b, Mạch khuyếch đại:
- Thiết kế máy biến áp xung thực hiện chức năng khuếch đại tạo
xung và cách ly điện áp giữa mạch điều khiển và mạch lực.
- Tính tốn biến áp xung
o Chọn vật liệu làm lõi sắt: biến áp xung luơn phải làm việc với tần
số cao do đĩ các lõi thép thích hợp với tần số 50Hz (lõi làm từ các lá thép
Nghịch lưu lị tơi
- 29 -
kỹ thuật bình thường) khơng thể đáp ứng được, mà phải sử dụng lõi sắt
ferit. Ở đây lõi sắt bị từ hĩa một phần.
o Tính tốn thể tích lõi sắt:
V=
HB
UtIUK xxba
ΔΔ
Δ
.
.... 22
trong đĩ:
+ Kba là hệ số máy biến áp Kba=2
+ U2 là điện áp điều khiển U2= 1,6V
+ I2 là dịng điều khiển I2= 100mA
+ ΔUx là độ sụt áp cho phép của xung điều khiển ΔUx= 0,2V
+ tx là độ rộng xung điều khiển, vì xung là đối xứng hay khoảng
khơng cĩ xung bằng khoảng cĩ xung nên ta cĩ:
tx =
xf2
1 =
10000*2
1 = 50.10-6 s
Do chế độ của lõi sắt làm việc ở miền từ hố một phần nên theo đồ
thị ta chọn:
ΔB = 0.2 T và ΔH =30 A/m.
Thay vào cơng thức ta cĩ :
V =
30.2,0
2,0.10.50.10.100.6,1.2 63 −−
V = 0,53.10-6(m3)
Tra bảng các loại lõi sắt làm việc trong miền từ hĩa một phần ta chọn
lõi sắt cĩ dạng trụ với các thơng số sau:
+ Loại lõi sắt 2213
+ Đường kính ngồi 22mm
Nghịch lưu lị tơi
- 30 -
+ Đường kính trong 13mm
+ Diện tích lõi sắt Slõi = 0,635 cm2
+ Diện tích cửa sổ từ Scửa sổ = 0,297 cm2
Ta cũng tính được các thơng số của cuộn sơ cấp máy biến áp như
sau:
+ Điện áp: U1 = U2.Kba = 1,6.2 = 3,2 V
+ Dịng điện: I1 = I2/Kba = 100/2 = 50 mA
Hình dạng và kích thước lõi sắt như sau:
8
2213
Tính tốn số vịng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp biến áp xung:
W1=
ba
x
SB
tU
.
.1
Δ = 4
6
10.635,0.2,0
10.50.2,3
−
−
= 14 (vịng)
W2= W1/Kba =14/2 = 7 (vịng)
o Biến áp xung cần đảm bảo nhân thành nhiều xung để điều khiển
nhiều van ( 2 van) cùng nhĩm mở cùng một lúc nên cần thiết kế biến áp
xung nhiều cuộn thứ cấp, ở đây biến áp xung cấn cĩ 2 cuộn thứ cấp. Hai
cuộn thứ cấp này cĩ cấu tạo hồn tồn tương tự nhau nên ta khơng cần tính
tốn thêm nữa. Như vậy khâu khuếch đại tạo xung cĩ cấu tạo như sau:
Nghịch lưu lị tơi
- 31 -
- Lựa chọn các van:
Xung điều khiển là dạng xung đơn nên ta lựa chọn mạch trên làm
mạch khuếch đại tạo xung (sử dụng biến áp xung).
o Hai bĩng T1 và T2 đều chọn theo điều kiện điện áp như nhau là
chịu được trị số nguồn Ecs=15V. Về dịng điện, bĩng T1 chọn theo dịng
điện đi qua cuộn sơ cấp của biến áp xung: IC1= I1 = 50 mA.
Từ đĩ ta chọn bĩng T1 là: ZTX300 cĩ các thơng số sau:
+ Ic max = 0,5 (A) = 500 (mA)
+ Uce max =25 V
+ β min = 50
+ Pc max = 0,3 (W)
o Dịng qua bĩng T2 chính là dịng qua bazo T1 và bằng:
IC2=Ib1 = IC1/ 1β = 50/50 =1 (mA)
Từ đĩ ta cĩ thể chọn bĩng T2 là: BC108 cĩ các thơng số sau:
+ Ic max = 0,1 (A) = 100 (mA)
+ Uce max =20 V
Nghịch lưu lị tơi
- 32 -
+ β min = 110
+ Pc max = 0,3 (W)
o Vì độ rộng xung điều khiển nhỏ hơn nhiều chu kỳ phát xung nên
cơng suất phát nhiệt trên van khơng đáng kể và khơng phải quan tâm đến
vấn đề này khi tính tốn. Điện trở R1 chọn từ điều kiện mở bão hịa tốt cho
T1, T2 đồng thời khơng gây quá tải cho tầng trước của khuếch đại xung:
Is
ERI
U CS
V
V
max1
21
1
max
max
.
ββ≤≤
trong đĩ:
+ Uvmax là điện áp lớn nhất van chịu được: Uvmax = 25 V
+ Ivmax là dịng điện lớn nhất van chịu được: Ivmax = 0,5 A
+ 1β , 2β lần lượt là hệ số khuếch đại của T1, T2: 1β =50, 2β =110
+ Ecs là điện áp nguồn cung cấp: Ecs = 15V
+ s là hệ số bão hịa s= 1,2 – 1,5 lấy: s=1,2
Từ đĩ ta đựơc:
10.752,1
15.11050
5,0
25
31 .
.
−≤≤ R
50 ≤ R1 ≤ 917.103 (Ω )
=> Chọn R1= 500 kΩ
o Diode D1 cĩ tác dụng bảo vệ cho các tranzitor, chức năng của nĩ
là loại bỏ phần điện áp âm đi vào khuếch đại xung. Diode D2 nhằm chống
quá áp gây hỏng các bĩng khi chúng chuyển từ dẫn sang khĩa do ảnh
hưởng của sức điện động tự cảm trên cuộn dây biến áp xung.
Từ đĩ ta cĩ thể chọn các diode như sau:
* Diode D1 và D2 là loại 1N4448 cĩ các thơng số sau:
Nghịch lưu lị tơi
- 33 -
+ Điện áp ngược: Ung=20 V
+ Dịng điện max: Imax=100mA
Như vậy ta đã thiết kế xong khâu khuếch đại tạo xung.
* Để điều chỉnh được xung đầu vào khâu này nhằm đạt được xung
theo yêu cầu, ta thiết kế thêm bộ phận khuếch đại điện áp sử dụng khuếch
đại thuật tốn mắc theo kiểu khuếch đại khơng đảo. Nhằm để điều chỉnh
điện áp nên ta thiết kế mạch khuếch đại cĩ thể thay đổi được hệ số khuếch
đại bằng cách dùng biến trở R3 như hình vẽ:
Hoặc ta cũng cĩ thể sử dụng diode ổn áp cĩ Uổn áp= 6 (V) =U1. Từ đĩ
ta chọn loại diode ổn áp MMSZ6V2T1 cĩ các thơng số:
+ Điện áp: Uổn áp= 6,2 (V)
+ cơng suất: P= 1 (W)
Ta sẽ sử dụng diode ổn áp ở mạch phản hồi để tạo ra xung phù hợp
cho vào khâu khuếch đại tạo xung.
4. Tính tốn khâu phản hồi:
a, Biến đổi tín hiệu bằng biến dịng:
- Ta sử dụng biến dịng để tạo ra tín hiệu áp phản hồi điều khiển
mạch. Chọn biến dịng loại AMC2-300 cĩ các thơng số:
+ Dịng vào: Ivao=300 A
Nghịch lưu lị tơi
- 34 -
+ Dịng ra: Ira = 5 A
- Tín hiệu ra khỏi biến dịng là tín hiệu áp hình sin, để tạo ra tín hiệu
xung điều khiển ta cho tín hiệu này qua mạch so sánh sử dụng Comparator
loại LM119 cĩ các thơng số sau:
+ Nguồn cấp: UCC= ± 15V
+ Dịng vào lớn nhất: Imax= 11,5 mA
+ Cơng suất: P = 500 mW
+ Nhiệt độ làm việc: t0C = 0 – 70 0C
- IC này gồm cĩ 2 con trong một vỏ nên rất thuận tiện cho việc thiết
kế mạch điều khiển:
b, Tạo tín hiệu chặn xung điều khiển:
- Để tạo tín hiệu chặn xung điều khiển ta thực hiện như sau:
Nghịch lưu lị tơi
- 35 -
+ Khi cĩ tín hiệu điện áp (dạng sin) phản hồi thì nĩ được chỉnh lưu
qua mạch cầu Diode và được lọc bằng tụ. Nĩ tạo thành dịng chảy qua cực
gốc phát của Trazitor làm cho Tranzitor dẫn ở trạng thái bão hịa, do đĩ tín
hiệu Q sẽ ở mức thấp “0” logic ( VQ= 0,6 V). Ngược lại khi khơng cĩ tín
hiệu phản hồi thì tín hiệu Q sẽ ở mức cao ( VQ= 5 V).
+ Tiếp đĩ tín hiệu phản hồi được đưa vào mạch cĩ thêm phần tử
NOT và AND như hình vẽ: nếu khơng cĩ tín hiệu phản hồi tương ứng với
Q = “1” thì nĩ sẽ cho tín hiệu xung điều khiển đi qua cịn khi cĩ tín hiệu
điều khiển tương ứng với Q= “0” thì nĩ sẽ khơng cho tín hiệu xung điều
khiển đi qua và như vậy tín hiệu điều khiển sẽ bị chặn lại.
+ Tính tốn, lựa chọn cho khâu phản hồi như sau:
o Chọn cầu Diode chỉnh lưu loại 2KBP005 cĩ các thơng số như sau:
Ung_D= 50 (V)
ID = 2 (A)
o Tranzitor loại ZTX300 và Diode loại 1N4448 cĩ các thơng số đã
cho ở trên.
o Các điện trở R1 = R2 = 1 kΩ và tụ bù C = 100 Fμ
5. Tính tốn thiết kế bộ nguồn cho mạch điều khiển
Nghịch lưu lị tơi
- 36 -
- Thiết kế nguồn một chiều cĩ điện áp ra là ± 15V
Ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu và vi mạch ổn áp LM7815C
- Tính tốn máy biến áp nguồn:
+ Điện áp thứ cấp của MBA nguồn lấy U2 = 18V
+ Cơng suất cấp cho 2 diode ổn áp MMSZ6VT1 là:
PD_ổn áp= 2.1 = 2 (W)
+ Cơng suất biến áp xung cấp cho mạch điều khiển mở 4 van
Trisistor
PBAX= 4.3.100.10-3= 1,2 (W)
+ Cơng suất cấp cho 2 tranzitor của mạch khuếch đại tao xung
Ptran= 2.0,3= 0,6 (W)
+ Cơng suất của 3 OpAmp LM318
POpAmp= 3.0,5 = 1,5 (W)
+ Cơng suất của 2 Comparator LM119
PCom= 2.0,5 = 1 (W)
Nghịch lưu lị tơi
- 37 -
+ Cơng suất tính tốn MBA là
PTT = 2 + 1,2 + 0,6+ 1,5 + 1= 6,3 (W)
+ Lấy hiệu suất của MBA là η=0,85 thì cơng suất thực tế của MBA
cần thiết kế
PBA= 6,3/0,85 = 7,41 (W)
Ta lấy cơng suất của MBA là PBA= 8 (W)
+ Từ đĩ dịng sơ cấp MBA là:
I1= PBA/U1 = 8/220 = 0,036 (A)
+ Dịng thứ cấp MBA là:
I2 =
1.2
P
U
BA =
18.2
8 = 0,222 (A)
+ Thiết diện lõi thép MBA là
S = kQ. mf
PBA = 5.
50.1
8 = 2 (cm2)
trong đĩ: kQ hệ số phụ thuộc phương thức làm mát lấy kQ= 5
m là số trụ của MBA ở đây m=1
f là tần số lưới điện f=50 Hz
+ Chuẩn hĩa cĩ S = 2cm2 và các thơng số khác của lõi thép
a = 12 mm
h = 30 mm
c = 12 mm
Thể tích thép từ: V = 25,53 cm3
Trọng lượng thép từ: G = 210 gr
Số lượng lá thép 106 lá
Nghịch lưu lị tơi
- 38 -
Cơng suất MBA: P= 8W
+ Chọn mật độ từ cảm trong trụ là B = 1T, ta cĩ số vịng dây cuộn sơ
cấp
W1= == −41 10.2.1.50.44,4
220
...44,4 SBf
U 4955 (vịng)
+ Số vịng dây cuộn thứ cấp
W2 = W1. 220
18.4955
1
2 =
U
U = 405(vịng)
+ Lấy mật độ dịng điện là J1=J2=2,5 (A/mm2), ta cĩ tiết diện dây sơ
cấp:
s1= I1/J1 = 0,036/2,5 = 0,0144 (mm2)
+ Tiết diện dây thứ cấp:
s2= I2/J2 = 0,222/2,5 = 0,0888 (mm2)
+ Từ đĩ đường kính dây sơ cấp là:
d1 = ππ
0144,0.44 1 =s = 0,135 (mm)
+ Đường kính dây thứ cấp
d2 = ππ
0888,0.44 2 =s = 0,336 (mm)
- Tính tốn mạch tạo nguồn
+ Dịng trung bính qua diode là:
ID = I2/ 2 = 0,222/ 2 = 0,157 (A)
+ Điện áp ngược đặt lên diode là
Ung_D= 2 U2 = 2 . 18 = 25 (V)
+ Từ đĩ ta chọn cầu diode chỉnh lưu 2KBP005 cĩ các thơng số:
Nghịch lưu lị tơi
- 39 -
Ung_D= 50 (V)
ID = 2 (A)
- Lựa chọn các tụ:
+ Các tụ C1 và C3 là các tụ hĩa sử dụng để lọc phẳng chọn C1 = C3 =
2200 Fμ
+ Các tụ C2 và C4 là các tụ sử dụng để lọc nhiễu chọn C2 = C4 = 0,01
Fμ
KẾT LUẬN
Ngày nay việc áp dụng phơng pháp tơi cảm ứng vào tơi thép đã trở
nên rất phổ biến và việc ứng dụng điện tử cơng suất vào phơng pháp tơi
cảm ứng cho chúng ta khả năng tự động hĩa cao , dễ điều khiển…
Nhờ sự giảng dạy , giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ mơn và
đặc biệt là sự
hướng dẫn của thầy Dương Văn Nghi cùng với sự giúp đỡ của các
thành viên trong nhĩm ; sau một quá trình học tập và nghiên cứu em đã
hồn thành đồ án mơn học với đề tài : “Thiết kế phần nghịch lưu của bộ
nguồn lị tơi thép” một đề tài ứng dụng nhiều trong thực tế. Tuy nhiên do
đây là lần đầu tiên làm đồ án nên khơng thể tránh khỏi sai sĩt , em rất mong
nhận được ý kiến đĩng gĩp của các thầy để đồ án hồn thiện hơn và cĩ tính
khả thi cao hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nghịch lưu lị tơi
- 40 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1.Điện tử cơng suất-Võ Minh Chính(chủ biên), Phạm Quốc Hải,
Trần Trọng Minh- NXB Khoa Học và Kỹ Thuật
2.Phân tích và giải mạch điện tử cơng suất-Phạm Quốc Hải , Dơng
Văn Nghi- NXB Khoa Học và Kỹ Thuật
3.Điện tử cơng suất- Lê Văn Doanh(chủ biên),Nguyễn Thế Cơng,
Trần Văn Thịnh- NXB Khoa Học và Kỹ Thuật
Nghịch lưu lị tơi
- 41 -
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nghich_luu_lo_toi_8849.pdf