TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã 13350 Học kỳ 2 – Năm học 2020 – 2021 Đề tài Thiết kế bộ đi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã: 13350 Học kỳ: – Năm học: 2020 – 2021 Đề tài: Thiết kế điều khiển lò nhiệt: - Điện áp vào: 220V, f = 50Hz Điện áp ra: (0 ÷200)V Dòng tải 10A SINH VIÊN MSV ĐINH VŨ HẢI ĐĂNG NGÔ MINH HIẾU PHẠM THÀNH TRUNG LỚP TĐH60Đ 82607 H TĐH60Đ 83101 H TĐH60Đ 85315 H NHIỆM VỤ Nhóm trưởng Thành viên Thành viên Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chun ngành Điện tự động cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Khoa: ThS Vũ Ngọc Minh Điện tự động công nghiệp Điện – Điện tử HẢI PHÒNG - 5/2021 ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN Thiết kế điều khiển lò nhiệt: - Điện áp vào: 220V, f = 50Hz Điện áp ra: (0 ÷200)V Dịng tải 10A Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Trong năm gần với phát triển ngày mạnh mẽ kinh tế xã hội, lĩnh vực khoa học, kỹ thuật ứng dụng vào ngành cơng nghiệp nói chung ngành cơng nghiệp điện tử nói riêng, thiết bị điện tử cơng suất ứng dụng chế tạo ngày nhiều, đặc biệt ứng dụng vào ngành kinh tế quốc dân đời sống, làm cho yêu cầu hiểu biết thiết kế loại thiết bị cần thiết kỹ sư ngành điện Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp nay, ngành công nghiệp luyện kim, chế biến thực phẩm…Vấn đề đo khống chế nhiệt độ đặc biệt trọng đến yếu tố định đến chất lượng sản phẩm Nắm tầm quan trọng vấn đề nên nhóm em phân nhiệm vụ tập lớn: “Thiết kế điều khiển lị nhiệt” Mặc dù nhóm em cố gắng để hoàn thành taạp lớn khơng thể tránh khỏi thiếu sót em mong thầy đóng góp ý kiến để nhóm em hồn thiện đề tài Nhóm em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ LÒ NHIỆT VÀ BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP XOAY CHIỀU PHA 1.1 Tổng quan lò nhiệt điện trở Giới thiệu chung lò điện trở Lò điện thiết bị điện biến điện thành nhiệt dùng q trình cơng nghệ khác nung nấu luyện vật liệu, kim loại hợp kim khác v.v Lò điện sử dụng rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật : - Sản xuất thép chất lượng cao Nhiệt luyện hoá nhiệt luyện Nung vật phẩm trước cán, rèn dập, kéo sợi Sản xuất đúc kim loại bột Trong lĩnh vực công nghiệp khác : - Trong công nghiệp nhẹ thực phẩm, lò điện dùng để sấy, - mạ vật phẩm chuẩn bị thực phẩm Trong lĩnh vực khác, lò điện dùng để sản xuất vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, loại vật liệu chịu lửa v.v Lị điện khơng có mặt ngành công nghiệp mà ngày dùng phổ biến đời sống sinh hoạt hàng ngày người cách phong phú đa dạng: Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v Cấu tạo lò điện trở Lò điện trở thường gồm phần là: vỏ lị, lớp lót dây nung 1.1.1.1 Vỏ lò Vỏ lò điện trở khung cứng vững, chủ yếu chịu trọng tải trình làm việc lò Mặt khác vỏ lò dùng để giữ lớp cách nhiệt đảm bảo kín lị Đối với lị làm việc với khí bảo vệ cần thiết vỏ lị phải hồn tồn kín, cịn lị điện trở bình thường, kín vỏ lị cần giảm tổn thất nhiệt tránh lùa khơng khí lạnh vào lị Khung vỏ lò cần làm cứng vững đủ để chịu trọng tải lớp lót, phụ tải lị cấu khí gắn vỏ lị 1.1.1.2 Lớp lót Lớp lót lị điện trở thường gồm phần vật liệu chịu lửa cách nhiệt Phần vật liệu chịu lửa xây gạch tiêu chuẩn, gạch hình gạch hình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thước buồng lị Cũng có người ta đầm loại bột chịu lửa chất kết dính gọi khối đầm Khối đầm tiến hành lị tiến hành ngồi nhờ khn Phần cách nhiệt thường nằm vỏ lò phần chịu lửa Mục đích chủ yếu phần để giảm tổn thất nhiệt Riêng đáy phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền học định Phần cách nhiệt xây gạch cách nhiệt lớp cách nhiệt 1.1.1.3 Dây nung Dây nung phận phát nhiệt lò, làm việc điều kiện khắc nhiệt phải đảm bảo yêu cầu cần thiết Theo đặc tính vật liệu dùng làm dây nung người ta chia dây nung làm loại: dây nung kim loại dây nung phi kim loại Để đảm bảo yêu cầu dây nung hầu hết lị điện trở cơng nghiệp, dây nung kim loại chế tạo hợp kim Crôm – Nhôm Crôm – Niken hợp kim có điện trở suất lớn Ưu nhược điểm lò điện so với lò sử dụng nhiên liệu Ưu điểm - Có khả tạo nhiệt độ cao Đảm bảo tốc độ nung lớn suất cao Đảm bảo nung xác dễ điều chỉnh chế độ điện - nhiệt độ Kín Có khả khí hố tự động hố q trình chất dỡ ngun liệu vận chuyển vật phẩm 1.1.1.4 Nhược điểm - Năng lượng điện đắt Yều cầu có trình độ cao sử dụng Nguyên lý làm việc lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa sở có dòng điện chạy qua dây dẫn vật dẫn toả lượng nhiệt theo định luật Jun – Lenxơ: Q = I2.R.t Q - Lượng nhiệt tính Jun (J) I - Dịng điện tính Ampe (A) R - Điện trở tính (Ω ) t - Thời gian tính giây (s) Từ công thức ta thấy điện trở R đóng vai trị : - Vật nung: Trường hợp gọi nung trực tiếp Dây nung: Khi dây nung nung nóng truyền nhiệt cho vật nung xạ, đối lưu, dẫn nhiệt phức hợp Trường hợp gọi nung gián tiếp.Trường hợp thứ gặp dùng để nung vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vng trịn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều thực tế công nghiệp Cho nên nói đến lị điện trở khơng thể khơng đề cập đến vật liệu để làm dây nung, phận phát nhiệt lò Hệ thống điều khiển lò nhiệt Nhiệt độ đại lượng vật lý, diện khắp nơi sản xuất lẫn sinh hoạt hàng ngày Q trình đo kiểm sốt nhiệt độ sản xuất cơng nghiệp đóng vai trị to lớn hệ thống điều khiển tự động, góp phần định chất lượng sản phẩm Khi thu thập liệu cho trình điều khiển giám sát nhà máy nhiệt độ thơng số khơng thể bỏ qua Tùy theo yêu cầu tính chất trình điều khiển mà ta sử dụng phương pháp điều khiển thích hợp Tính xác ổn định nhiệt độ đặt vấn đề cần giải Hệ thống điều khiển nhiệt độ thường chia làm hai loại: - Hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system): thường xác định giám sát kết điều khiển, so sánh với tín hiệu đặt tự - động điều chỉnh lại cho Hệ thống điều khiển (sequence control system): thực bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước xác định Một hệ thống muốn đạt độ xác cần thiết cần thiết phải thực hồi tiếp, tín hiệu phản hồi so sánh với tín hiệu vào sai lệch đưa tới điều chỉnh đầu Hệ thống điều khiển có nhiều ưu điểm sử dụng nhiều thực tế hệ thống điều khiển tự động Dạng tổng quát hệ thống điều khiển mơ tả ngun tắc hình sau: Hình Nguyên tắc điều khiển hồi tiếp 1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ Nhiệt độ thông số quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính vật chất nên trình kỹ thuật đời sống hàng ngày hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ Ngày hầu hết trình sản xuất cơng nghiệp, nhà máy có u cầu đo nhiệt độ Tùy theo nhiệt độ đo dùng phương pháp khác nhau, thường phân loại phương pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo Thông thường nhiệt độ đo chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình cao Ở nhiệt trung bình thấp: phương pháp đo phương pháp tiếp xúc nghĩa chuyển đội đặt trực tiếp môi trường cần đo Đối với nhiệt độ cao: đo phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ngồi mơi trường đo Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường sử dụng nhiệt xúc Có hai loại nhiệt xúc gồm: nhiệt kế điện trở nhiệt kế ngẫu Ngoài ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -550 0C 20000C người ta thường ứng dụng IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt Diot, Transistor để đo nhiệt độ Cấu tạo nhiệt kế điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với mơi trường đo: Đối với mơi trường khí nước: chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại với dịng chảy Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng chuyền từ vật sang chuyển đổi dễ gây tổn hao vật, với vật dẫn nhiệt Do điện tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt Khi đo nhiệt độ chất dạng hạt (cát,đất, ): cần phải cắm sâu nhiệt kế vào trường cần đo thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối Đo nhiệt độ cao phương pháp tiếp xúc Ở môi trường nhiệt độ cao từ 16000C trở lên, cặp nhiệt ngẫu không chịu lâu dài, để đo nhiệt độ mơi trường người ta dựa tượng q trình q độ đốt nóng cặp nhiệt Q trình q độ đốt nóng cặp nhiệt có phương trình ) Trong đó: Lượng tăng nhiệt độ đầu nóng thời gian t : Hiệu nhiệt độ môi trường đo cặp nhiệt : Hằng số thời gian cặp nhiệt ngẫu Dựa quan hệ xác định nhiệt độ đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ Bằng cách nhúng nhiệt ngẫu vào môi trường cần đo khoảng 0,4 0,6 s ta phần đầu đặc tính q trình q độ nhiệt ngẫu theo tính nhiệt độ mơi trường Nếu nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu thời gian nhúng vào mội trường cần đo đạt nhiệt độ khoảng nửa nhiệt độ mơi trường nhiệt độ tính có sai số khơng q hai lần sai số nhiệt kế nhiệt ngẫu đo trực tiếp Phương pháp thường dùng để đo nhiệt độ thép nấu chảy Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối, tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khả lớn Bức xạ nhiệt vật đặc trưng nhiệt độ phổ nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng Quan hệ mật độ phổ xạ vật đen tuyệt nhiệt độ độ dài sóng biểu diễn công thức sau: = C1 ( Trong đó: C1, C2 – số : độ dài sóng T – nhiệt độ tuyệt đối C1= Jm2 /s ; C2 = 1,432.10-2 m.độ 1.3 Các loại cảm biến nhiệt độ Nhiệt điện trở Nguyên lý hoạt động loại nhiệt điện trở chủ yếu dựa thay đổi giá trị điện trở loại vật liệu dẫn điện bán dẫn có thay đổi nhiệt độ chúng Chính mà người ta sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến nhiệt độ ; nhiên theo yêu cầu sử dụng mà người ta dùng nhiệt điện trở kim loại nhiệt điện trở bán dẫn 1.3.1.1 Nhiệt điện trở kim loại Đối với nhiệt điện trở kim loại việc chế tạo thích hợp sử dụng kim loại nguyên chất như: platin, đồng, niken Để tăng độ nhạy cảm nên sử dụng kim loại có hệ số nhiệt điện trở lớn tốt Tuy nhiên tùy 10 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Điện áp tải Ta có giá trị hiệu dụng điện áp tải: Ut = U π −α + π sin 2α Mà theo đề bài: Ut = (0÷200)V, nên: π −α + π → 0< sin 2α < 200 → 30° < α