Đề tài Thiết kế bộ nguồn cho tải điện phân p=u*i,u=220v,i=500a

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN :ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ BỘ NGUỒN CHO TẢI ĐIỆN PHÂN P=U*I,U=220v,I=500A Giáo viên hướng dẫn :Th.S Nguyễn Đoàn Phong Sinhviên :Nguyễn Huy Hoàng Lớp : ĐC 701 Nội dung chính : Ch­¬ng I : Giíi thiÖu kh¸i qu¸t vÒ ®iÖn ph©n Ch­¬ng II : TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch ®éng lùc Ch­¬ng III :TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Ch­¬ng IV :Tæng kÕt Chương I:Giới thiệu khái quát về tảiI-1 Khái niệm: Điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hoặc chất điện li nóng chảy.NaCl khi nóng chảy phân li thành các ion NaCl Na + Cl-Lúc đó các ion chuyển động hỗn loạn .Nhưng nếu ta đặt một điện trường nghĩa là nối 2 điện cực với nguồn điện một chiều thì các ion không còn chuyển động tự do nữa mà chuyển động theo hướng : cation Na+ đi về phía catot (cực -) và anion Cl- hướng về phía (cực +), ở catot xảy ra phản ứng khử ion Na+,còn ở anốt xẩy ra phản ứng oxi hoá ion Cl-Ở catot Na + 1e=NaỞ anot 2Cl- = Cl2 +2e 2Na + 2Cl- điên phân 2Na + Cl2Phản ứng được gọi là phản ứng điện phân dạng ion. I-2 : ĐIỆN PHÂN Sau khi chế tạo các tạp chất nước muối được đưa sang công đoạn điện phân2-a. Cơ sở lý thuyết của quá trình điện phân Anot graphit (1) Catot sắt có dạng lưới (2) Chia thùng điện phân thành 2 phần  Nước muối đưa vào không gian anốt qua màng ngăn cách và Catốt , vào không gian Catốt rồi ra ngoài .  Khi cho dòng điện một chiều qua thùng phân các anion OH -,Cl- về anot , còn cation H+,Na+ về catot để phóng điện . 2-b) Ðiều kiện điện phân: Duy trì mức độ phân hủy muối ăn khoảng 45 - 55% .Muối không bị phân hủy sẽ theo dung dịch xút ra ngoài thùng điện phân .  Nồng độ muối ăn trong dung dịch gần như bão hòa (khoảng 310 - 315 g/l) vì dung dịch càng đậm đặc thì ®ộ tan của Cl càng thấp .  Nhiệt độ điện phân tương đối cao , khoảng 85 - 97C,nhiệt độ cao cũng có tác dụng hạn chế các quá trình điện phân như dung dịch muối đậm đặc . 1-3 ) Sự dẫn điện của các chất điện phân  Dung dịch điện ly cũng có đặc tính dẫn điện như kim loại :Sự dẫn điện của kim loại là do sự di chuyển điện tử tự do có khối lượng không đáng kể , và có sự dẫn điện trong kim loại không kèm theo sự tải vật chất . Sự dẫn điện trong dung dịch điện ly là do sự di chuyển của các ion âm và dương về 2 cực nhúng vào dung dịch điện ly ,do đó có sự tải theo vật chất .  Điện cực và dung dịch xảy ra sự trao đổi điện tử , nếu điện tử được chuyển từ điện cực đến ion hoặc phân tử trong dung dịch thì điện cực được gọi là catot tại đây xảy ra phản ứng khử  Ví dụ : Cu2+ + 2e Cu ( 1 )  Fe3+ + e Fe2+ ( 2 ) Sự khác nhau giữa phản ứng điện hóa với phản ứng hóa học là toàn bộ năng lượng của phản ứng chuyển thành nhiệt . 1-4) Nguyên nhân hình thành dung dịch điện phân Khi hòa tan một chất tan vào dung môi thích hợp ta sẽ thu được một dung dịch điện phân mà sự hình thành là do kết quả của các dạng tương tác . trong đó dạng tương tác gây ra sự phân ly khi hòa tan là tương tác ion - lưỡng cực của dung môi . Trong các chất tan người ta phân biệt : *      Chất điện phân thực là chất mà trước khi hóa tan đã có cấu trúc ion *      Chất điện phân tiềm năng là chất mà sự hình thành ion trong dung dịch chỉ xảy ra khi hòa tan I.5) Ứng dụng điện phân vµ mét sè nhËn xetĐiện phân có ứng dụng rất to lớn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như luyện kim (điều chế và tinh luyện các kim loại kiềm, kiềm thổ, Mg, Al, cũng như Cu, Ag, Cu vv…); trong tổ hợp các hợp chất vô cơ cung như hữu cơ (H2, O2, Cl2, NaOH, anilin C6H5NH2 vv…); mạ điện (mạ Cu, Ni,Cr, Ag vv…)   * NhËn xÐt :§iÖn ph©n ®­îc sö dông rÊt nhiÒu trong c¸c ngµnh s¶n xuÊt ®Æc biÖt lµ c¸c ngµnh c«ng nghiÖp .ë trong c¸c ngµnh thÝ nghiÖm th× hiÖn t­îng ®iÖn ph©n xÈy ra trong ®iÒu kiÖn dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p thÊp, mÆc dï ®iÖn ph©n ®­îc sö dông nhiÒu trong c¸c nhµ m¸y xÝ nghiÖp nh­ng còng cÇn ph¶i chó ý c¸c vÊn ®Ò sau :- Ph¶i ®¶m b¶o nh÷ng ®iÒu kiÖn kÜ thuËt tèt vµ lu«n lu«n ®¶m b¶o an toµn cho ng­êi thî v× dßng ®iÖn cã thÓ lªn tíi rÊt cao - C¸c lo¹i ho¸ chÊt ph¶i ®­îc b¶o qu¶n vµ sö dông cÈn thËn, thïng ®ùng ph¶I ®­îc ®Ëy n¾p kÝn vµ bÓ chøa dung dÞch ph¶i cã qu¹t ®Ó hót h¬i ®éc ®Ó d¶m b¶o an toµn cho ng­êi lao ®éng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc còng nh­ b¶o vÖ nh÷ng hé d©n c­ gÇn ®ã.- Khi ®iÖn ph©n th­êng th¶i ra kh«ng khÝ nh÷ng chÊt ®éc h¹i lµm ¶nh h­ëng tíi m«i tr­êng kh«ng khÝ xung quanh th× n¬i ®ã ph¶i co nh÷ng biÖn ph¸p thÝch hîp ®Ó thu håi hay sö lÝ chÊt ®éc h¹i. Chương II: Tính chọn sơ đồ mạch động lựcI. Nhân xét chung: Việc tính toán và thiết kế đưa ra sơ đồ chỉnh lưu là một việc quan trong.Vì mỗi tải có một dặc tinh riêng nên ta phải xét kỹ về các mạch chỉnh lưu.Sau đây là một số sơ đồ chỉnh lưu thường gặp:1_ Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳa) Chỉnh lưu diode  Ta có điện áp : u2 = .U2.sinωtTải thuần trở :Sơ đồ nguyên lý : Giản đồ xung : điện áp tức thời trên tải : Ud = R.id = .U2.sinωtTrị trung bình dòng tải : với Ud = * Tải R+L :Sơ đồ nguyên lý:  Có U2 = R.id + L. =.U2.sinωt => Dòng i = .[ sin(θ-φ) + sinφ.e]* Tải R + E (L =0 ) U2=E=U2­sin. Sơ đồ nguyên lý : - Biểu thức dòng : Trị trung bình dòng tải : . Dòng id = .(2cosθ1 - ω.τ.sinθ1) với ω.τ = θ2 - θ1 * Công suất biểu kiến của MBA : S = với S1 = U1.I1 và S2 = U2.I2 => S = 3,09.Ud.Idb, Chỉnh lưu dùng Thyristor.* Tải R + L. : Sơ đồ nguyên lý :  Giản đồ xung :Phương trình cân bằng điện áp : L. + R.id = .U2.sin(ωt+α) Dòng id = .[sin(θ+α-φ) - sin(α-φ).e]NX : chỉnh lưu một pha nửa chu kì: đơn giản sử dụng ít linh kiện , không tốn kém , nhưng sự ổn định của dòng và áp chưa cao 2. Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kì :a)Chỉnh lưu Diode* Tải thuần trở: Sơ đồ nguyên lý: - Trong 0 ≤ θ ≤ π : D1 dẫn dòng  - Trong π ≤ θ ≤ 2π : D2 dẫn dòng i Có ,dòng tải trung bình : Id =   Dòng trung bình qua diode:  Công suất biểu kiến : * T¶i R + E S¬ ®å nguyªn lý :   Dòng tải lúc này là :  b, Chỉnh lưu dùngThyristor* Tải R + L : Sơ đồ nguyên lý: Phương trình cân bằng điện áp:   => dòng tải : Tải R + E Sơ đồ nguyên lý : Với dòng tải là R + L + E ta có dòng gián đoạn, để khắc phục ta phải tăng LNếu dòng liên tục ; NX : Đơn giản giá thành rẻ , sơ đồ cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưuphụ thuộc nhưng sự ổn định chưa cao 3.Chỉnh lưu cầu 1 phaa, Chỉnh lưu dùng diode* Tải RSơ đồ chỉnh lưu :  Khi A(+) : D1 mở -> D2 khoá, D3 mở-> D4 khóa, dòng điện đi theo chiều từ  Khi B(+) : D2 mở -> D1 khoá, D4 mở -> D3 khoá , dòng đi theo chiều từ *Tải R+E.Sơ đồ nguyên lý :   Trị trung bình dòng tải:  Dòng đi qua diode : ;điện áp ngược max  Trị hiệu dụng dòng trong MBA : Tải R +L + E Sơ đồ nguyên lý Ta có : Dòng qua diode   b) Chỉnh lưu Thyristor* Tải thuần trở :Sơ đồ nguyên lý :Trị trung bình dòng tải và điện áp tải : * Tải R + L ( L >> R )  Sơ đồ nguyên lý :  Phương trình cân bằng điện áp trên tải:   Vì L >> nên làm phẳng dòng id , dòng tải i là dòng liên tục-Xét trùng dẫn: Khi T1 và T3 đang dẫn, phát xung mở choT2,T4 mở vì có dòng điện cảm L nên dòng iT1va iT3 không giảm đột ngột về 0 được và iT2,iT4 không được tăng đột ngột từ 0 được . Lúc này cả 4 Ti đều mở cho dòng chạy qua , gây ra ngắn mạch và dòng ngắn mạch : Khi tải R+L+E  Phương trình cân bằng Ưu điểm : Cho phép sử dụng 1 nửa số van Ti , nửa còn lại dùng diode nên tốn kém -> sơ đồ điều khiển sẽ dễ dàng hơnNhược điểm : không có thành phần điện áp âm nên không cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc. 4. Chỉnh lưu cầu 1 pha đối xứng : Sơ đồ nguyên lý :Trị trung bình điện áp tải :  => dòng tải: Id = Dòng trong Thyristor :  Ưu điểm: điện áp tương đối ổn định , dòng ổn định , cho phép làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc - Nhược điểm : nếu góc mở càng lớn thì Ud càng âm vì thế độ ổn định nhỏ , tốn kém vì sử dụng nhiều Ti 5. Chỉnh lưu hình tia 3 phaa, Chỉnh lưu dùng diode * Tải thuần trở : Sơ đồ nguyên lý :  Khi A(+) : UA Uc thì D1 bắt đầu dẫn D3 khóa lại. Khi Ua = UB , pha A âm dần, pha B dương dần-> D2 mở * Tải R + L (L >> R).Mạch có thên cuộn cảm thì dòng điện sẽ phẳng hơn* Tải R + EĐể có dòng tải liên tục thì phải thỏa mãn điều kiện Trị trung bình điện áp tải : Điện áp ngược dặt lên mỗi diode : ISơ đồ nguyên lý  Xét với , Dòng tải id gián đoạn b, Chỉnh lưuThyristor * Tải R: Giả sử α = 30­0 , phát xung mở pha A -> Thyristor T1 dẫn. Tương tự với pha B và phaC.Nếu 300 thì dòng và áp gián đoạn:Sơ đồ nguyên lý :* Tải R + L. Khi trong mạch co thêm phần tử L , nó có tác dụng san phẳng dòng điện ,Điện áp có phần điện áp âm là do cuộn cảm xả năng lượngNX: - Góc mở càng tăng thì dòng càng gián đoạn - Sử dụng nhiều Ti nên tốn kém6. Chinh luu hinh tia 6 pha.a. Chinh luu Diode  : Ta co: b. ChØnh l­u Thyristor Víi Ud1 lµ ®iÖn ¸p do pha d­¬ng dÉn, Ud2 lµ ®iÖn ¸p do pha ©m dÉn.  - ¦u ®iÓm: cho phÐp sö dông mét nöa sè van lµ Ti, nöa cßn l¹i lµ D nªn Ýt tèn kÐm h¬n, s¬ ®å d¬n gi¶n h¬n - Nh­îc ®iÓm: ®iÖn ¸p chØnh l­u chøa nhiÒu thµnh phÇn sãng hµi nªn cÇn cã thªm bé läc7. ChØnh l­u cÇu ba phaa. chØnh l­u Diode s¬ ®å nguyªn lý : Ud1 lµ ®iÖn ¸p do bé chung katèt dÉn, Ud2 lµ ®iÖn ¸p do bé chung anèt dÉnVíi t¶i lµ R + E, nÕu E lín h¬n ng­ìng giao nhau th× dßng ®iÖn bÞ gi¸n ®o¹n cßn nÕu E nhá h¬n ng­ìng ®ã thi dßng ®iÖn sÏ liªn tôc.b. chØnh l­u Thyristor Ta cã : - ¦u ®iÓm : ®é æn ®Þnh cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn lµ tèt nhÊt - Nh­îc ®iÓm : sö dông 6 Ti nªn rÊt tèn kÐm 8. ChØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®èi xøngs¬ ®å nguyªn lý: Ta cã : III.Chän m¹ch ®éng lùcThiÕt kÕ bé nguån cung cÊp cho m¸y ph¸t ph¶i ®¶m b¶o cã dßng vµ ®iÖn ¸p æn ®Þnh nªn ta chän s¬ ®å hinh tia 3 pha. 1.TÝnh chän Thyristor Ta cã Ud = 220(V) Id=500 (A) Coi ®é sôt ¸p trªn ®iÖn trë kho¶ng 4%, sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng kho¶ng 1,5 %. §iÖn ¸p sôt trªn mçi Thyristor lµ 2 V §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i lµ: Udo = Ud + ΔU = 220 + 220 (4% + 1,5% ) + 2 =224 V Cã Udo =224V => U2 = 180VHÖ sè m¸y biÕn ¸p:diÖn ¸p ng­îc:I Dßng I2 cña van: Idm=Ki.Ilv = 3.2*288.6 = 932.7 ADùa vµo sæ tay ta chän ®­îc Thyrisror lµ lo¹i : FT1500EX16 2.TÝnh m¸y biÕn ¸p và bảo vệ Ch­¬ng III : TÝnh chän m¹ch ®iÒu khiÓn III.1. Giíi thiÖu vÒ Thyristor a, CÊu t¹o Thyristor do hai tiÕp gi¸p p-n ghÐp l¹i víi nhau.    C«ng thøc ®Ó më Thyristor : Thyristor kho¸ + UAK > 0 vµ Ig > Ig.st => Thyristor më * Kho¸ Thyristor Mét khi Thyristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông n÷a. §Ó kho¸ Thyristor ta cã hai c¸ch :Lµm gi¶m dßng ®iÖn lµm viÖc I xuèng d­íi gi¸ trÞ dßng duy tr× ( hay lµm dßng gi¶m vÒ 0 trong kho¶ng t > toff. )§Æt mét ®iÖn ¸p ng­îc lªn Thyristor ( ®©y lµ biÖn ph¸p th­êng dïng ). Thyristor ®­îc kho¸ b»ng cùc ®iÒu khiÓn GTO  §Æc tÝnh Vol-Ampe cña Thyristor gåm 4 ®o¹n :§o¹n 1 :øng víi tr¹ng th¸i kho¸ cña Thyristor, §o¹n 2 : øng víi giai ®o¹n ph©n cùc thuËn cña J2. §o¹n 3 : øng víi tr¹ng th¸i më cña Thyristor. §o¹n 4: øng víi tr¹ng th¸i Thyristor bÞ ®Æt d­íi ®iÖn ¸p ng­îc III.2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Tiristor trong m¹ch xoay chiÒu. a, Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p :®iÖn ¸p ®ång bé, ký hiÖu lµ Ur, cã d¹ng r¨ng c­a, ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn anèt – katèt cña Thyristor.®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ký hiÖu lµ Uc, lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é.b, Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “arccos”. Theo nguyªn t¾c nµy, ng­êi ta còng dïng hai ®iÖn ¸p :®iÖn ¸p ®ång bé Ur v­ît tr­íc ®iÖn anèt-katèt cña Thyristor mét gãc b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Uc lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é.III.3. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn. - Kh©u ®ång bé vµ t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a trïng pha víi ¸p anèt cña Thyristor. Kh©u so s¸nh : ®Çu vµo cã hai tÝnh hiÖu lµ ¸p ®iÒu khiÓn vµ ¸p r¨ng c­a, cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh hai ¸p b»ng nhau, t¹i thêi ®iÓm ®ã ph¸t xung ®iÒu khiÓn më Thyristor.Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i c«ng suÊt vµ ®é réng xung thÝch hîp ®Ó më Thyristor.a, Kh©u ®ång pha vµ t¹o ¸p r¨ng c­a. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn vµ gi¶n ®å xung   T¹o ¸p c­a tuyÕn tÝnh trïng pha víi ¸p anèt cña Thyristor. * T¹o b»ng diode, tô ®iÖn : *T¹o b»ng Transistor vµ tôC¸ch kh¸c : thay toµn bé diode, transistor b»ng mét phÇn tö quang *)T¹o b»ng khuÕch ®¹i thuËt to¸n S¬ ®å nguyªn lý:Víi Transistor lµ lo¹i më b·o hoµ => ta chän s¬ ®å cho kh©u ®ång bbé vµ t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a lµ s¬ ®å dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n.b, Kh©u so s¸nh So s¸nh ®ång dÊu :Kh©u so s¸nh nµy ta nhËn ®­îc mét chuçi xung h×nh ch÷ nhËt ©m vµ d­¬ng kÕ tiÕp nhau , cã thÓ dïng diode ®Êu ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh ®Ó lo¹i bá ®i mét lo¹i xung ©m hoÆc d­¬ng S¬ ®å ®iÒu khiÓn va gi¶n ®å ®iÖn ¸p: *So s¸nh kh¸c dÊu:Ta chän s¬ ®å so s¸nh lµ s¬ ®å so s¸nh ®ång dÊu ( do ë s¬ ®å nµy th× ®iÖn ¸p r¨ng c­a vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn sÏ ë hai ®Çu cña bé so s¸nh, ®iÒu nµy sÏ tiÖn cho viÖc so s¸nh h¬n ).c ) Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung S¬ ®å nguyªn lý: NÕu chØ cã mét xung kÝch më th× x¸c suÊt ®Ó më c¸c van lµ ch­a cao nªn lóc nµy ta ph¶i sö dông m¹ch t¹o chïm xung, khi ®ã c¸c van sÏ ch¾c ch¾n më h¬n . Cuèi cïng ta cã m¹ch ®iÒu khiÓn vµ gi¶n ®å xung: III.4. TÝnh to¸n c¸c phÇn tö trong m¹ch ®iÒu khiÓna, TÝnh m¸y biÕn ¸p xung :b) TÝnh tÇng khuÕch ®¹i vµ ®alingtonc) Kh©u so s¸nh tÇng khuÕch ®¹i vµ tÝnh ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®ång phad) TÝnh th«ng sè m¹ch tù dao ®éng III.5 Sơ đồ mạch điều khiển : Giản đồ xung : Ch­¬ng IV : Tæng kÕt Sau khi tính toán , bắt tay vào thực hiện tạo mạch điều khiển ,tuy nhiên trong quá trình thực hiện em thấy trong mạch còn tồn tại các loại tổn hao khác nhau . Do tính chính xác của linh kiện mà ta phải thay đổi một số linh kiện khác so với tính toán ban đầu : Cô thÓ nh­ sau:C¸c ®iÖn trë ë c¸c kh©u khuÕch ®¹i, so s¸nh, t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®Õn kh©u t¹o ®iÖn ¸p U®k ®Òu cã gi¸ trÞ lµ 100k.C¸c ®iÖn trë ë m¹ch 555 cã gi¸ trÞ lµ 10k , c=0,1C¸c tô ®iÖn trong m¹ch t¹o nguån cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn cã gi¸ trÞ lµ: Ch = 330 F/50V Cg = 104 pF Dung may biến ap co điểm giữa , nguån nu«i cho phÇn tö AND cã gi¸ trÞ lµ 5V, cßn nguån nu«i cña 555 lµ 15V, ®iÒu nµy sÏ lµm phÇn tö AND háng nÕu thêi gian kÐo dµi . Do ®ã khi lµm m¹ch thùc tÕ ta ®· lÊy nguån nu«i cho 555 lµ 5V ®Ó tr¸nh háng linh kiÖn ( hoÆc ë ®Çu ra cña 555 x©y dùng mét m¹ch ph©n ¸p ®Ó gi¶m biªn ®é cña xung ). Em xin chân thành cảm ơn