caibichthuy
New Member
Download miễn phí Hướng dẫn thiết kế các bộ chỉnh lưu
Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển, biểu diễn trên hình 1.23, còn gọi
là hệ kích từ tĩnh, có ưu điểm là độ tác động nhanh cao. So với hằng số thời gian Te của
bản th ân mạch kích từ thì hằng số thời gian của mạch chỉ nh l ưu có thể bỏ qua. Do có khả
năng đáp ứng nhanh, kích t ừ tĩnh đưa đến khả năng điều khiển theo những biến động của
điện áp trên lưới một cách nhanh chóng, dễ dàng ổn định hệ thống năng lượng, tăng hiệu
quả của hệ t hống máy phát, tuabin. Đây là hệ thống được sử dụng ngày càng rộng rãi,
nhất là trong những tổ máy công suất lớn, làm việc trong lưới điện.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
hân mới xảy ra được. Giátrị điện áp cần thiết đặt trên mạch ngoài để quá trình điện phân có thể xảy ra gọi là thế
phân hủy, ký hiệu là Uph. Về nguyên tắc, thế phân hủy chỉ cần lớn hơn thế phân cực một
chút là đã xảy ra quá trình điện phân. Tuy nhiên, trong thực tế, thế phân hủy thường phải
lớn hơn thế phân cực khá nhiều, gọi là quá thế:
ph pcU U U .
Quá thế phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất của chất thoát ra ở điện cực,
thông thường các chất khí có quá thế lớn, các sản phẩm rắn có quá thế bằng không. Quá
thế phụ thuộc bản chất của điện cực, bề mặt điện cực, … Bản chất của hiện tượng quá thế
rất phức tạp. Người ta cho rằng yếu tố tác động chính ở đây là hiện tượng bề mặt.
Nói chung quá trình điện phân nào xảy ra với điện áp phân hủy thấp nhất sẽ là quá
trình xảy ra dễ nhất và sẽ cho ra sản phẩm chính của quá trình điện phân.
Quá trình điện phân muối bão hòa xảy ra theo bốn phương trình sau:
1. Tại catốt: Na+(aq) +1e- Na(s) 0 2,71redE V
2. Anốt: 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e- 0 1,36redE V
3. Catốt: 2H2O(l) + 2e+ H2(g) + 2OH- (aq) 0 0,83redE V
4. Anốt: 2H2O(l) O2(g) + H+(aq) + 4e- 0 1,23redE V
Ký hiệu trong các phản ứng: (aq) dung dịch tan trong nước, aqua; (s) chất rắn,
solid; (g) chất khí, gas; (l) chất lỏng, liquid. Ví dụ trong phản ứng thứ nhất dung dịch Na+
tan trong nước nhận 1 electron để trở thành một phân tử Na dạng rắn.
Phân tích từng đôi một quá trình như đã làm trên đây cho ta 4 trường hợp:
A. Phản ứng 1 và 2 có thế phân hủy bằng E = 1,36 – (-2,71) = 4,07 V.
B. Phản ứng 1 và 4 có thế phân hủy bằng E = 1,23 – (-2,71) = 3,94 V.
C. Phản ứng 3 và 4 có thế phân hủy bằng E = 1,23 – (-0,83) = 2,06 V.
D. Phản ứng 3 và 2 có thế phân hủy bằng E = 1,36 – (-0,83) = 2,19 V.
Như vậy chỉ có hai quá trình C và D dễ xảy ra nhất và cho các sản phẩm chính
của điện phân là khí hiđrô, khí clo và sút (hiđrôxit natri). Phản ứng 1 hầu như không xảy
ra nên ion Na+ còn lại trong dung dịch hợp với ion OH- tạo thành sút (NaOH).
Như vậy quá trình xảy ra theo các phản ứng sau:
Anôt (ô-xy hóa): 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-
Catôt (khử): 2H2O(l) + 2e+ H2(g) + 2OH- (aq)
Phản ứng tổng thể: 2H2O + 2Cl-(aq) H2(g) +Cl2(g) + 2OH-(aq)
Định luật Faraday cho quá trình điện phân
Ta thấy rằng khi có dòng điện trường đặt vào dung dịch điện phân thì các iôn
chuyển dời về các điện cực, và sau khi đã thu thêm hay nhường êlectrôn cho các điện
cực chúng biến thành cá nhiều iôn đến điện cực thì lượng chất bám vào cực càng nhiều.
Năm 1834 nhà bác học Farađây người Anh đã nghiên cứu định lượng vấn đề này và phát
biểu thành định luật Farađây.
Định luật 1: Khối lượng m chất được giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ thuận với điện
lượng q đi qua dung dịch điện phân.
Định luật 2: Số lượng các phần tử đọng lại trong quá trình điện phân với một
lượng điện tích đi qua nào đó tỷ lệ với khối lượng hoá học tương đương của chúng (A/n).
Hai định luật này có thể biểu diễn dưới dạng công thức:
Am k q
n
A là khối lượng mol;
n là hóa trị của chất đó;
k là hệ số tỉ lệ. Hệ số tỉ lệ k có cùng một giá trị đối với tất cả các chất. Người ta
thường kí hiệu 1 F
k
, trong đó F cũng là một hằng số đối với mọi chất và gọi là số
Farađây. F = 9,65.104 C/mol.
Định luật có thể biểu diễn thông qua dòng điện:
1( ) ( )A Am g k q m g It
n F n
,
với q (C) là điện lượng đi qua bình điện phân, t (s) là thời gian dòng điện chạy qua, I (A)
là cường độ dòng điện không đổi.
Ví dụ về quá trình điện phân muối ăn
Ngăn điện hoá dùng màng trao đổi iôn trong điện phân muối ăn cho trên hình 1.13.
Trên hình có thể thấy dung dịch muối ăn bão hoà đi vào bên điện cực anôt. Hơi clo được
tạo ra bên phần anôt. Màng ngăn cách iôn cho phép các iôn Na+ đi qua sang bên catôt, tại
đây chúng hợp với các iôn OH- của nước tạo thành sút NaOH, còn khí hiđrô H2 bay lên.
Hình 1.13. Sản xuất sút và clo trong ngăn điện phân có màng trao đổi iôn.
Các thông số của quá trình điện phân cho trong bảng dưới đây:
Membrane
Mật độ dòng điện kA/m2 3 - 5
Điện áp ngăn (V) 3.0 – 3,6
Độ mạnh của NaOH (wt%) 33 - 35
Năng lượng tiêu thụ (kWh/1000kg Cl2)
tại mật độ dòng điện (kA/m2).
2650 (5)
Hơi tiêu thụ (kWh/1000kg Cl2) cho mật
độ 50% NaOH.
180
1.3.3. Yêu cầu đối với các bộ nguồn cho điện phân
Các bộ nguồn cho quá trình điện phân đều có đặc tính yêu cầu điện áp thay đổi
trong dải rộng, trong khi dòng điện phải ổn định với độ chính xác cao. Điện áp một chiều
thường yêu cầu những giá trị sau: 75, 150, 300, 450, 600, 850 V. Dòng điện thường yêu
cầu những giá trị sau: 6,25, 12,5, 25, 50, 75, 100, 150 kA. Điện áp thường yêu cầu thay
đổi trong phạm vi 0,6 đến 1,0 Uđm để đảm bảo ổn định dòng điện trong phạm vi +/- 2%
Iđm. Điện áp cần điều chỉnh xuống thấp trong quá trình khởi động, lúc mới đóng điện vào
bể điện phân, hay khi cần ngắn mạch bỏ qua một vài ngăn trong quá trình làm việc do
trục trặc gì đó. Với những công suất yêu cầu lớn như vậy biến áp chỉnh lưu thường được
cấp nguồn từ cao áp, 6 hay 10 kV. Đặc tính của nguồn điện phân có dạng như trên hình
1.14.
2%d dI I
Hình 1.14.Đặc tính yêu cầu của nguồn điện phân.
Do dòng điện yêu cầu rất lớn và điện áp tương đối cao, các bộ nguồn điện phân
thường được xây dựng từ các sơ đồ chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng hay chỉnh
lưu cầu ba pha với mỗi nhánh van gồm nhiều van mắc song song. Khi điện áp yêu cầu
nhỏ hơn 150 V nên dùng sơ đồ 6 pha. Với điện áp lớn hơn 150 V nên sử dụng sơ đồ cầu
vì khi đó công suất máy biến áp giảm được hơn 20 % so với sơ đồ 6 pha, bù lại được
những tổn thất trên hai van dẫn nối tiếp trong sơ đồ cầu. Với công suất lớn, trên 300 kW,
cần sử dụng những sơ đồ cầu mắc song song với nguồn cấp xoay chiều từ máy biến áp ba
cuộn dây, sơ cấp đấu sao hay tam giác, thứ cấp một tổ đấu sao, một tổ đấu tam giác, Y/
Y hay /Y. Khi đó điện áp chỉnh lưu đập mạch 12 lần một chu kỳ điện áp lưới.
Không những thế chất lượng dòng điện phía sơ cấp được cải thiện đáng kể do loại bỏ
được nhiều thành phần sóng hài bậc cao. Với công suất lớn trên 1MW cần sử dụng
các sơ đồ 24, 36, 48 pha.
Ví dụ về hệ thống nguồn cung cấp cho một dây chuyền điện phân:
- Số bình điện phân nối tiếp: 52 bình.
- Điện áp trên mỗi bình: 3 V.
- Mật độ dòng điện: 5 kA/m2.
- Mức tiêu hao năng lượng điện: 2130 kWh/NaOH – MT.
- Chỉnh lưu cầu 3 pha, điện áp nguồn xoay chiều 10 kV, công suất biến áp 3000
KVA, điện áp một chiều 150 – 190 VDC, dòng một chiều 17000 A.
1.3.4. Quá trình mạ điện
Mạ điện cũng là một quá trình điện hoá. Mạ là tạo ra một lớp bám, thường là từ
kim loại, trên bề mặt của vật dưới tác dụng của dòng điện. Để tạo được lớp bám kim loại,
vật được cho tích điện âm và cho chìm trong dung dịch muối kim loại (như vậy vật cần
mạ là catôt của một ngăn điện hoá). Các iôn dương kim loại sẽ bá...