Thiet ke mach dieu khien nhiet do cho tu say bang 110782

Đồ án tốt nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội Lời Nói §Çu 10 15 20 25 30 35 Kü thuËt sấy đóng vai trò vô quan trọng công nghiệp đời sống Trong quy trình công nghệ sản xuất nhiều sản phẩm có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày Công nghệ ngày phát triển ngành hải sản, rau thực phẩm khác Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt nh lúa, ngô đậu sau thu hoạch cần sấy khô kịp thời, không sản phẩm giảm phẩm chất chí hỏng dẫn đến tình trạng mùa sau thu hoạch Các nhu cầu sấy ngày đa dạng, có nhiều phơng pháp thiết bị sấy nhng thiết bị sấy phơng pháp điện trở đợc sử dụng rộng rÃi Phơng pháp sấy điện trở phơng pháp sử dụng trực tiếp lợng điện tạo nguồn nhiệt theo định luật Joule- lence Đối với loại sản phẩm sấy khác cần nhiệt độ khác Do việc điều chỉnh ổn định nhiệt độ cho tủ sấy đóng vai trò quan trọng trình sấy tập đồ án tìm hiểu ThiếtThiết kế mạch điều khiển nhiệt độ cho tđ sÊy b»ng ®iƯn trë” Néi dung cđa ®å án tốt nghiệp gồm phần sau: Chơng I: Khái quát tủ sấy điện trở Chơng II: Thiết kế mạch động lực Chơng III: Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ Chơng IV: ổn định nhiệt ®é cđa tđ sÊy Ch¬ng V: ThiÕt kÕ tđ ®iƯn Để hoàn thành Thiếtđồ án tốt nghiệp em đà đợc bảo hớng dẫn tận tình thầy giáo: Trần Văn Thịnh thầy cô Bộ môn Thiết bị điện- Điện tử, Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội Mặc dù thân đà có nhiều cố gắng nhng thời gian kiến thức hạn chế nên không tránh khỏi sai lầm, thiếu sót Kính mong thầy cô tạo điều kiện bảo giúp em để lần sau không gặp phải Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Trần Văn Thịnh đà tận tình giúp em trình hoàn thành đồ án Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy cô giáo môn thiết bị Điện- Điện tử thầy cô giáo Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội đà tận tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện suốt trình học tập rèn luyện em để đến ngày hôm nay, em hoàn thành đợc nhiệm vụ học tập Hà nội, ngày 31 tháng năm 2004 SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 Đồ án tốt nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội Sinh Viên 40 Đặng Thanh Hoàng SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 Đồ án tốt nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội Chơng I: Khái quát tủ sấy điện trở 45 50 Trong đời sống sản xuất, yêu cầu sử dụng nhiệt lớn Trong ngành công nghiệp khác nhau, nhiệt dùng để nung, sấy nhiệt luyện nấu chảy chất, yêu cầu thiếu Nguồn lợng nhiệt đợc chuyển từ điện qua lò điện phổ biến thuận lợi Từ điện thu đợc nhiệt nhiều cách Nhờ hiệu ứng Joule (lò điện trở), nhờ phóng điện (lò hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt dòng xoáy Foucault thông qua tựơng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng), Đ1.1: Khái niệm chung phân loại 55 Khái niệm chung lò điện trở: Lò điện trở thiết bị biến đổi điện thành nhiệt thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt qua xạ, đối lu truyền dẫn nhiệt, nhiệt đợc truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thờng dùng để nung sấy, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu hợp kim màu 60 65 70 75 Phân loại thiết bị sấy: Thiết bị sấy thiết bị nhằm thực trình làm khô vật liệu, chi tiết hay sản phẩm định, làm cho chúng khô đạt đến độ ẩm định theo yêu cầu Trong tr×nh sÊy, chÊt láng chøa vËt liƯu sÊy thêng nớc Tuy vậy, kỹ thuật sấy thừơng gặp trờng hợp sấy sản phẩm bị ẩm chất lỏng hữu nh sơn, vật đánh xi Phơng pháp sấy chia hai loại lớn sấy tự nhiên sấy thiết bị Sấy tự nhiên trình phơi vật liệu trời Phơng pháp sử dụng nguồn xạ mặt trời ẩm bay đợc không khí mang (nhiều đợc hỗ trợ gió tự nhiên) Phơng pháp sấy tự nhiên có u điểm đơn giản, đầu t vốn ít, bề mặt trao đổi lớn, dòng nhiệt xạ từ mặt trời tới vật có mật ®é lín (tíi 1000 w/ m2) Tuy vËy sÊy tù nhiên có nhựơc điểm là: thực giới hoá khó, chi phí lao động nhiều, cờng độ sấy không cao, chất lợng sản phẩm không cao, chiếm diện tích mặt lớn SV: Đặng Thanh Hoàng - §KT - K44 §å ¸n tèt nghiƯp 80 85 90 95 Trờng ĐHBK Hà Nội Các phơng pháp sấy nhân tạo đợc thực thiết bị sấy Có nhiều phơng pháp sấy nhân tạo khác Căn vào phơng pháp cung cấp nhiệt chia loại sau: - Phơng pháp sấy đối lu - Phơng pháp sấy xạ - Phơng pháp sấy tiếp xúc - Phơng pháp sấy điện trờng dòng cao tầng - Phơng pháp sấy thăng hoa Trong phơng pháp kể phơng pháp sấy đối lu, xạ tiếp xúc đợc dùng rộng rÃi cả, phơng pháp sấy đối lu Mỗi phơng pháp sấy kể đợc thực nhiều kiểu thiết bị khác nhau, ví dụ: sấy đối lu đợc thực nhiỊu thiÕt bÞ sÊy nh: thiÕt bÞ sÊy bng, sấy hầm, sấy băng tải, thiết bị sấy kiểu tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy thổi kiểu khí động Phơng pháp sấy xạ thực thiết bị sấy xạ dùng nguyên liệu khí, dùng dây điện trở Phơng pháp sấy tiếp xúc thực thiết bị nh: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng, thiết bị sấy tiếp xóc kiĨu tay quay, thiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc chÊt lỏng Mỗi loại vật liệu sấy thích hợp với số phơng pháp sấy số kiểu thiết bị sấy định Vì tuỳ theo vật liệu sấy mà ta chọn phơng pháp sấy thiết bị sấy cho phù hợp để đạt đợc hiệu chất lợng sản phẩm cao 100 Đ1.2: Các yêu cầu chủ yếu vật liệu làm dây đốt Trong lò sấy điện trở, dây đốt phần tử biến đổi điện thành nhiệt thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải đợc làm từ vật liệu thoả mÃn yêu cầu sau: 105 - Khả chịu nhiệt tốt: không bị ôxi hoá môi trờng không khí nhiệt độ cao -Bền nhiệt cao, bền học tốt, dây điện trở không đợc biến dạng, chúng tự bền vững dới tác dụng thân dây điện trở 110 - Điện trở suất lớn: tạo cho dây điện trở có cấu trúc nhẹ đáp ứng công suất theo yêu cầu, dễ dàng bố trí lò SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 Đồ án tốt nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội - Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (, ): nghĩa nhiệt độ cao điện rở lớn - Kích thớc hình học phải ổn định: thay đổi hình dáng nhiệt độ làm việc 115 -Các tính chất điện phải cố định - Dễ gia công: kéo dây, dễ hàn, vật liệu phi kim loại cần ép khuôn đợc Đ1.3: Vật liệu làm dây đốt 120 Để thoả mÃn đợc yêu cầu trên, thực tế khó có vật liệu đáp ứng đợc Nhng ngời ta đà chọn số vật liệu đáp ứng đợc tốt yêu cầu để chế tạo dây điện trở Các vật liệu hợp kim Niken Crôm, thờng gọi ThiếtMicrôm Hợp kim Crôm nhôm cacbonrun [Sie] Trong lò nhiệt độ thấp, chế độ làm việc ngắn dùng thép xây dựng làm điện trở I Vật liệu hợp kim 125 Hợp kim micrôm: 130 Hợp kim micrôm có độ bền nhiệt tốt có lớp màng ôxit crôm (Cr 2O3), bảo vệ chặt, chịu thay đổi nhiệt độ tốt nên làm việc lò có chế độ làm việc gián đoạn Hợp kim micrôm có tính tốt nhiệt độ thờng nh nhiệt độ cao, dẻo, dễ gia công, dễ hàn, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ, tợng già hoá Nicrôm vật liệu đắt tiền, nên ngời ta có khuynh hớng tìm vật liệu khác thay Hợp kim sắt- crôm- nhôm: 135 140 Hợp kim chịu đợc nhiệt độ cao, thoả mÃn yêu cầu tính chất điện, nhng có nhợc điểm giòn, khó gia công, bền học nhiệt độ cao Vì cần thiết ý tránh tác động tải trọng dây điện trở Một nhợc điểm hợp kim sắt- crôm- nhôm nhiệt độ cao dễ bị ôxit sắt, ôxit SiO2 tác động hoá học, phá hoại lớp màng bảo vệ ôxít Al 2O3 Cr2 O3 Vì vậy, tờng lò, nơi tiếp xúc với hợp kim phải vật liệu chứa nhiều Alumin (Al2O3 70%; Fe2O3 1%) Độ giÃn dài tới 3040% đà gây khó khăn lắp đặt lò, cần tránh đoản mạch dây giÃn dài bị cong 10 SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 Đồ án tốt nghiệp 145 150 Trờng ĐHBK Hà Nội Liên Xô cũ, ngời ta chế tạo hai hợp kim - 595 - 626 Nhiệt độ làm việc đạt 13000C Chúng hợp kim crôm có hàm lợng lớn, đợc biến tính lợng nhỏ kim loại kiềm thổ, nên tăng độ dẻo 1000 0C chúng có độ bền cao Các dây điện trở đợc tiêu chuẩn hoá sản xuất Dây điện trở hợp kim: X13I04; OX23IOA; (ЭИ- 595); OX27105A (ЭИ- 626); X20H80, cã ®êng kÝnh d©y: 2,2 5,5 2,5 2,8 6,5 3,5 7,5 4,5 8,5 (mm) Dây điện trở có tiết diện chữ nhật (a.b) 1.8 1,2.20 1,5.12 1,8.20 2,2.25 3.25 155 160 1.10 1,4.10 1,5.15 2.25 2,5.20 3.30 1,2.10 1,4.15 1,5.20 2.20 2,5.25 3.40 (mm) 1,2.12 1,4.20 1,8.20 2.25 2,5.30 1,2.15 1,5.10 1,8.18 2,2.20 2,5.40 Những kích thớc đợc dùng phổ biến nhất: a Dây điện trở có dạng xoắn lò xo Đờng kính dây 5; 5,5; 6; 6,5; (mm) b Dây điện trở dạng lỗi, cấu trúc kiểu dích dắc Đờng kính dây: 8; 8,5; (mm) c Dây có tiết diện chữ nhËt, cÊu tróc kiĨu dÝch d¾c: 2.20; 2,5.25; 3.30 (mm) d Trong lò đối lu tuần hoàn buồn nung không khí, ngời ta dùng dây dẫn điện trở có đờng kính: 3; 3,5; 4,5 (mm) dây băng có tiết diện: (1.10); (1,2.12); (1,5.15) 165 170 SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 Đồ án tốt nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội 175 SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 15 Đồ án tốt nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội Bảng 1.1: Đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở Vật liệu làm dây điện trở Nicrom Thép Hợp kim Hỵp kim Hỵp kim - X20 H80 - X20 H80T - X15 H60 - X25 H20 - X13 I04 - OX25 I05 - OX17 I05 - 595 (OX23I05A) - 626 (OX27I05A) Volffram, W Molipden, Mo Platin, Pt S¾t, Fe Niken, Ni * Những vl phi kim loại (**) Silics (Cacborun) Grafit Cacbon (than) Cripton (hỗn hợp grafit, cacbon đất sét) Trọng lợng riêng 200C, g/cm3 8,40 8,20 8,30 7,85 7,20 7,10 7,00 7,30 7,20 19,34 10,20 21,46 7,88 8,90 §iƯn trë st ë 00C, ρ0, mm2/m 1,100 1,270 1,100 0,900 1,260 1,300 1,400 1,350 1,420 0,050 0,052 0,098 0,090 0,065 2,30 1,60 1,60 800  1900 83 10  60 1,00  1,25 600  2000 HÖ số nhiệt điện trở .103 Nhiệt độ chảy lỏng, 0C 0,035 0,022 0,100 0,350 0,150 0,060 0,050 0,050 0,022 4,300 5,100 8,950 11,300 13,400 1400 1400 1400 1400 1450 1450 1450 1525 1525 3410 2625 1755 1535 1452 NhiƯt ®é làm việc cực đại, C 1150 1200 1050 1100 900 1050 1200 1250 1300 3000* 2200* 1400 400 1000 Thay ®ỉi theo nhiƯt ®é (hƯ sè nhiƯt ®iƯn trë ©m - 1500 2000 (2800)* 2000 (2500)* - 1800 Ghi chú: * Trong chân không môi trờng khí bảo vệ 180 ** Trọng lợng riêng thay trọng lợng đồng 1= (1+ .t).) SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 Nhiệt độ làm việc 0C Làm việc liên Làm việc gián tục đoạn 1050 1000 1050 1000 950 900 850 800 750 650 1050 1150 1000 1100 1250 1200 Đồ án tốt nghiệp Trờng ĐHBK Hà Néi II VËt liƯu phi kim lo¹i: VËt liƯu cacbonrun [SiC]: 185 190 195 200 Trong sè c¸c vËt liệu phi kim loại đợc sử dụng làm dây đốt, vật liệu cacbonrun Các cacbonrun khác cấu trúc nh phơng pháp chế tạo Cacbonrun chịu đợc nhiệt độ 1350 14500C nên đảm bảo lò đạt tới nhiệt độ 135014000C Điện trở suất cacbonrun lớn nhiều so với kim loại, chúng đạt tới 8001900 mm2/m Vì vậy, cacbonrun thờng có tiết diện lớn Các cacbonrun giòn, tăng nhiệt độ nung, nên phải sấy nâng nhiệt độ từ từ Điện trở cacbonrun giảm nhiệt độ tăng Khi làm việc, nung cacbonrun bị già hoá (điện trở tăng lên tăng thời gian sử dụng) Sau 6080 làm việc đầu tiên, điện trở tăng 20%, sau tăng chậm Vì điện trở tăng dần bị già hoá, muốn đảm bảo công suất cần phải tăng điện áp cấp vào lò (P=U2/R) Lò làm việc với nung cacbonrun thờng có máy biến áp nhiều nấc để điều chỉnh điện áp thứ cÊp Thêi gian lµm viƯc cđa nung cacbonrun lµ 10002000h nhiệt độ lò 14000C Nếu nhiệt độ lò cao 14000C thời gian làm việc giảm xuống Nếu nhiệt độ lò 120013000C thời gian làm việc tăng 23 lần so với 14000C Do nung bị già hoá khác nhau, ta không nên đấu nối tiếp nung cacbonrun lại với Các nung cacbonrun thờng có dạng ống Tiết diện hai đầu lớn tiết diện thân 68 lần để hạn chế toả nhiệt hai đầu Than grafit 205 Than grafit đợc dùng để chế tạo dây đốt dới dạng thanh, ống, nồi Ta trộn thêm lợng nhỏ famôt vào grafit để tăng độ bền, nhng lại giảm nhiệt độ làm việc, tăng điện trở suất Khi nung than grafit dễ bị ôxi hoá không khí, nên thờng đợc dùng lò khí bảo vệ tính toán thời gian làm việc ngắn Cripton 210 Cripton hỗn hợp grafit, cacbon đất sét Chúng đợc tạo hạt có đờng kính 23 (mm) dạng hạt, xuất điện trở tiếp xúc hạt nên điện trở suất cripton lớn điện trở suất than grafit Điện trở suất cripton phụ thuộc nhiều vào độ nén chặt Trong lò thí nghiệm, SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 Đồ án tốt nghiệp 215 Trờng ĐHBK Hà Nội nhiệt độ lò đạt tới 18000C, cripton bị cháy dần làm việc, nhng rẻ tiền cấu tạo lò đơn giản Đ1.4 Cấu tạo dây đốt điện trở Với phơng pháp nung nóng điện trở, phân dây đốt làm hai loại là: dây đốt hở dây đốt kín Dây đốt hở: 220 Đây dây đốt không bọc bảo vệ a Ưu điểm loại này: - Toả nhiệt dễ - Dễ bố trí - Giá thành rẻ 225 - Dễ sửa chữa b Nhợc điểm: - Chóng hỏng, bị ăn mòn - Tính an toàn 230 - Trong số trờng hợp có ảnh hởng tới chất lợng sản phẩm Dây đốt hở thờng đợc quấn theo kiểu lò xo (hình 1.3) kiểu dích dắc (hình 1.4) Hình 1.3: Dây tiết diện tròn quấn kiểu lò xo 20 SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44