Bài tập Thiết kế bộ nguồn cho thiết bị lọc bụi tĩnh điện môn Điện tử công suất | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BÀI TẬP THIẾT KẾ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề Tài: Thiết Kế Bộ Nguồn Cho Thiết Bị Lọc Bụi Tĩnh Điện Phương án Điện áp một Dòng một chiều Nguồn nuôi chiều phía cao áp (A) (kV) 1 80 1 3x380V, 50Hz
Họ tên sinh viên: Luyện Tiến Đạt Mã sinh viên: 20212750
Ngành: Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa Nhóm: 2
Giáo viên hướng dẫn: TS Phạm Việt Phương Khoa: Tự động hóa
Trường: Điện – Điện tử Mục Lục
I. Chương 1: Tìm hiểu và phân tích nguyên lý làm việc về lọc bụi tĩnh điện ...... 2
1. Tìm hiểu về bộ lọc tĩnh điện .......................................................................... 2
2. Phân tích nguyên lý làm việc về thiết bị lọc bụi tĩnh điện ............................ 3
II. Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án mạch lực ................................... 4
1. Phân tích phương án mạch lực ...................................................................... 4
2. Lựa chọn phương án mạch lực ...................................................................... 5
III. Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch lực ..................................................... 5
1. Tính toán các thông số máy biến áp .............................................................. 5
2. Lựa chọn diode .............................................................................................. 6
3. Lựa chọn thyristor.......................................................................................... 7
4. Tính toán bảo vệ van...................................................................................... 7
4.1. Bảo vệ quá áp ....................................................................................... 7
4.2. Bảo vệ quá dòng ................................................................................... 8
IV. Chương 4: Mô phỏng và nhận xét .................................................................. 9
1. Mô phỏng trên PSIM ..................................................................................... 9
2. Kết quả mô phỏng trên PSIM ...................................................................... 10
3. Nhận xét ....................................................................................................... 10
Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 11
I. Chương 1: Tìm hiểu và phân tích nguyên lý làm việc về lọc bụi tĩnh điện
1. Tìm hiểu về bộ lọc tĩnh điện
Tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay ngày càng trầm trọng. Ở nước ta,
tình trạng khói bụi, khí độc hại thải ra môi trường ngày càng nhiều. Do đó việc
trang bị các hệ thống xử lý bụi trong các nhà máy xí nghiệp là thực sự rất cần thiết
và có vai trò ngày càng quan trọng.
Một trong những phương pháp hiệu quả nhất đối với các nhà máy công
nghiệp là lọc bụi tĩnh điện. Nó có ưu điểm là hiệu suất thu bụi cao, chi phí năng
lượng thấp, có thể làm việc với áp suất chân không hoặc áp suất cao, và đặc biệt
có thể điều khiển và tự động hóa hoàn toàn.
Lọc bụi tĩnh điện (ESP) là thiết bị lọc bụi bằng phương pháp tĩnh điện.
Nguyên lý của ESP là: Khi dòng khói đi qua điện trường, dòng khói sẽ bị điện ly
tạo thành các điện tử, các ion âm và các ion dương. Bụi trong khói khi đi qua điện
trường cũng bị nhiễm điện, các hạt bụi nhiễm điện sẽ bị hút về phía các điện cực
trái dấu và bám trên bề mặt các điện cực. Sau một thời gian bụi bám trên bề mặt
điện cực sẽ có chiều dày nhất định thì sẽ được hệ thống búa gõ, máy rung tách
các hạt bụi và đưa về phễu thu hồi.
Ưu điểm chính của lọc bụi tĩnh điện so với các phương pháp lọc bụi khác là:
- Hiệu suất khử bụi cao: Có thể hơn 99%
- Có thể lọc được bụi có kích thước rất nhỏ: 0.1 µm
- Tiêu hao điện năng thấp
- Lưu lượng khói đi qua thiết bị lớn
- Chịu được nhiệt độ cao: Có thể lên đến 450 C⁰
2. Phân tích nguyên lý làm việc về thiết bị lọc bụi tĩnh điện
Thiết bị lọc bụi tĩnh điện làm việc dựa trên nguyên lý làm sạch không khí
bằng việc ion hóa và tách bụi khói ra khỏi không khí khi chúng đi qua trường điện
từ. Hiệu quả của thiết bị này phụ thuộc vào tính chất không khí, độ bẩn bụi, tính
chất cực điện, thông số điện của thiết bị, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng
đều lượng khí trong trường điện từ.
Nguyên tắc sơ đồ lọc bụi tĩnh điện cấu tạo từ các linh kiện cơ bản hình
thành bởi hai tấm điện cực đứng song song. Giữa hai điện cực này được thiết lập
một hiệu điện thế một chiều tương đối cao nên cường độ điện trường do chúng
gây ra có giá trị tương đối lớn, dẫn đến các hạt bụi sẽ bị ion hóa mãnh liệt. Dưới
tác dụng của lực điện trường giữa hai bản cực, các ion bị hút về phía bản cực trái
dấu. Các hạt bụi sau khi dịch chuyển về các điện cực sẽ lắng lại trên bề mặt điện
cực, hoặc xối nước rửa điện cực để loại bỏ bụi.
Sơ đồ lọc bụi tĩnh điện
II. Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án mạch lực
1. Phân tích phương án mạch lực
- Phương án 1: Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu bằng thyristor sau máy biến áp Phương án 1
+ Giả sử trường hợp lý tưởng (không có tổn hao) Ud =100 kV (Theo yêu cầu chế tạo bộ nguồn). Ta có: U = 42735,04 V
+ Điện áp ngược tối đa trên van: 104679,04 V
+ Đây là điện áp rất lớn, mà trong thực tế điện áp này còn có thể lớn hơn để bù
các tổn hao nên rất khó để chọn được van, điều khiển van, bảo vệ, làm mát van.
Khi mắc nối tiếp các van thì sẽ khó để điều khiển hay điều khiển chính xác. Nên
đây là một phương án không khả quan, ta sẽ xem xét đến phương án 2. -
Phương án 2 : Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu bằng thyristor trước máy biến áp Phương án 2
+ Giả sử trường hợp lý tưởng ( không tổn hao)
+ Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu: Ungmax = 1,5.380 = 570 V
+ Điện áp của thyristor cần chọn là:
Uv = ku.Ungmax = 1,8.570 = 1026 V
Vậy ta thấy theo phương án này ta có thể dễ dàng chọn van thyristor phù hợp,
dễ dàng điều khiển điều chỉnh điện áp. Như vậy ta chọn phương án 2 để thiết kế mạch lực.
2. Lựa chọn phương án mạch lực
Với điện áp ngược này, ta chọn phương án 2 dùng một bộ chỉnh lưu cầu ba pha
không điều khiển được dùng diode sau máy biến áp, dùng bộ điều áp xoay chiều
đặt trước máy biến áp
III. Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch lực
1. Tính toán các thông số máy biến áp
- Thông số của máy biến áp
- Ta chọn máy biến áp 3 pha có 3 trụ đấu Y – Y làm mát bằng không khí tựnhiên
+ Điện áp vào 3 pha 380 V + Dòng 1 chiều 0,5 A
- Hệ thống làm việc sẽ gây ra tổn hao, ta thiết kế hệ thống với lượng dự trữ 10%về công suất
+ Điện áp tối đa ra tải là 110 kV
+ Dòng điện sẽ là 0,6 A
+ Công suất cực đại là 66 kW
+ Công suất làm việc là 50 kW
- Điện áp lớn nhất sau chỉnh lưu:
Ud0 = Ud + ∆UV + ∆Udn + ∆Uba - Trong đó:
Ud: Điện áp chỉnh lưu yêu cầu. Ud = 100 kV
∆UV: Sụt áp trên van (Chọn khoảng 150 V)
∆Udn: Sụt áp trên dây quấn (Coi rất nhỏ)
∆Uba: Sụt áp bên trong máy biến áp (Chọn vào khoảng 5-10% Ud)
Ud0 = 100.103 + 150 + 5%100.103 = 105150 V
- Điện áp ra thực tế trên cuộn dây thứ cấp của máy biến áp: U2 = 2U,34d0 = 105150 = 44935,9 V - Hệ số máy biến áp: U2 m = = 118,25 380
- Dòng điện chảy qua cuộn thứ cấp, sơ cấp lần lượt là:
I2 = 0,82Id = 0,82.0,6 = 0,5 A I1 = mI2 = 59,13 A 2. Lựa chọn diode
- Chọn hệ số dự trữ về điện áp: ku = 1,8 và hệ số dự trữ về dòng: ki = 1,2 - Điện
áp ngược lớn nhất mà các diode phải chịu:
Ungmax = 2,45.U2 = 2,45.44935,9 = 110093 V
- Điện áp mà cần chọn số diode ít nhất có thể chịu được: Uv = 1,8.Ungmax = 1,8.110093 = 198167,4 V 1,2Id
- Dòng điện trung bình qua diode: Itbv = = 0,24 A 3
- Từ thông số trên ta chọn diode loại K100UF
Un = 10000 V; U = 14 V; Itbv = 1,5 A
- Số lượng diode cần dùng mắc nối tiếp là: n = = 20 chiếc.
- Sụt áp trên 2 dãy diode là: Ud = 14.20.6 = 560 V 3. Lựa chọn thyristor
- Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu: Ungmax = 1,5.380 = 570 V
- Điện áp của thyristor cần chọn là:
Uv = 1,8.Ungmax = 1,8.570 = 1026 V
- Dòng điện làm việc của thyristor được tính theo dòng hiệu dụng, ta chọn công
suất làm việc của các van là 60%: I1 Ilv = 0,6 = 98,55
- Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tích tản
nhiệt, không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó cường độ dòng điện
định mức van cần chọn: Idm= ki.Ilv = 1,2.98,55 = 118,26 A - Chọn van mã VS-
VSK.500 có các đặc tính sau:
+ Unm = 1600 V: Điện áp ngược lớn nhất của van
+ Itbvan = 500 A: Dòng điện trung bình qua van
+ Ipik = 785 A: Đỉnh xung dòng điện + Irmax = 100 mA: Dòng rò
+ Ur = 1.5 V: Điện áp rơi + dU/dt = 1000 V/us 4. Tính toán bảo vệ van 4.1. Bảo vệ quá áp -
Mạch bảo vệ thyristor: Người ta dùng mạch RC đấu song song với
thyristor. Thường chọn R = 80 Ω; C= 0,5 µF -
Mạch bảo vệ diode: Người ta dùng mạch R song song với RC đấu song
song với diode. Thường chọn R = 30 Ω; C = 4 µF Mạch bảo vệ thyristor Mạch bảo vệ diode 4.2. Bảo vệ quá dòng - Chọn 1 apomat có: + Dòng định mức:
Iđm = 1,1Ilv =1,1.98,55= 108,41 A + Điện áp định mức: Uđm = 2800 V + Dòng ngắn mạch:
Inm = 2,5Ilv = 2,5.98,55 = 246,38 A + Dòng quá tải:
Iqt = 1,6Ilv = 1,6.98,55 = 157, 68 A - Chọn cầu dao có: + Dòng định mức:
Idm = 1,1.Ilv = 1,1.130,2= 108,41 A
IV. Chương 4: Mô phỏng và nhận xét 1. Mô phỏng trên PSIM
Sơ đồ nguyên lý mạch trên PSIM
Sơ đồ phát xung điều khiển thyristor với góc điều khiển α = 30⁰ trên PSIM
2. Kết quả mô phỏng trên PSIM
Dạng điện áp đầu ra của điều áp xoay chiều với góc điều khiển α = 30⁰
Dạng sóng dòng điện qua tải điện áp trên tải thu được trên PSIM
Giá trị lớn nhất của điện áp trên tải và dòng điện qua tải 3. Nhận xét
- Qua kết quả mô phỏng, ta thấy điện áp trên tải và dòng điện qua tải bám sát giá
trị định mức yêu cầu. Tài liệu tham khảo
Hải, P. Q. (2009). Hướng Dẫn Thiết Kế Điện Tử Công Suất. Hà Nội: Nhà Xuất
Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật.
Huy, P. Q. (n.d.). Điện Tử Công Suất - Hướng Dẫn Sử Dụng PSIM. Nhà Xuất Bản Bách Khoa Hà Nội.
Minh, T. T. (2019). GIáo Trình Điện Tử Công Suất. Nhà Xuất Bản Giáo Dục.