Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở, chương 6 pps

Ch-ơng 6 Thiết kế và tính toán mạch điều khiển I. Nguyên tắc chung của mạch điều khiển 1. Thyristor chỉ mở cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện : U AK > 0 I G > 0 Khi thyristor chuyển sang trạng thái dẫn thì cực điều khiển không còn tác dụng. Thyristor chỉ trở về trạng thái khoá nếu dòng điện I A < I H . ( I H : dòng điện duy trì ) Chức năng của mạch điều khiển : + Điều chỉnh đ-ợc vị trí xung trong phạm vi nửa chu kỳ d-ơng của điện áp đặt lên A-K của thyristor. + Tạo ra đ-ợc các xung đủ diều kiện mở thyristor, độ rộng xung t x đ-ợc tính theo biểu thức : dt di I t H x / di/dt : tốc độ biến thiên dòng tải. 2. Cấu trúc mạch điều khiển thyristor. U AK : điện áp điều khiển ( điện áp một chiều ). U t : điện áp tựa ( đồng bộ với điện áp A-K của thyristor ). Hiệu điện áp | U đk U t | đ-a vào khâu so sánh. (1): làm việc nh- một trigơ. Đầu ra nhận đ-ợc một chuỗi xung chữ nhật. (2): khâu tạo xung. (3): khâu khuếch đại xung. (4): khâu biến áp xung. Thay đổi U đk có thể điều chỉnh đ-ợc vị trí xung điều khiển tức là điều chỉnh đ-ợc góc . 3. Nguyên tắc điều khiển. Có hai nguyên tắc : a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : U đk + U t đ-a đến đầu vào của một khâu so sánh bằng cánh làm biến đổi U đk ta có thể điều chỉnh đ-ợc thời điểm xuất giện xung tức là điều chỉnh đ-ợc góc . Khi U đk = 0 ta có = 0 Khi U đk < 0 ta có > 0 Quan hệ giữa và U đk nh- sau : maxt dk U U Ta lấy U đkmax = U tmax . b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos. Nguyên tắc này dùng hai điện áp : điện áp động bộ U t v-ợt tr-ớc điện áp A-K của thyristor một góc bằng /2. ( Nếu U AK = Asint thì U t = Bcost ). U AK có thể điều khiển đ-ợc theo hai h-ớng d-ơng và âm. U t + U đk đ-ợc đ-a đến đầu vào khâu so sánh . Khi U t + U đk = 0 ta nhận đ-ợc một xung ở đầu ra của khâu so sánh. U đk + Bcos = 0 = arccos( -U đk /B ). Th-ờng lấy B = U đkmax . Khi U đk = 0 thì = /2. Nguyên tắc này đ-ợc sử dụng trong các thiết bị chỉnh l-u chất l-ợng cao. Nhận xét : Yêu cầu của điều áp xoay chiều ba pha có thể dùng nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính vì nó đơn giản và đáp ứng đ-ợc yêu cầu mạch lực. Tín hiệu phản hồi là sensơ nhiệt độ biến tính hiệu nhiệt thành tín hiệu điện, bao gồm sơ đồ cầu R 9 , R 10 , R 11 , R * , E n . Tín hiệu điện này đ-ợc đ-a qua bộ khuếch đại ( R 12 , R 13 , R 14 , IC A 5 ), sau đó đ-ợc đ-a vào bộ PI gồm U đặt , R 15 , C 3 , R 17 , đầu ra là U chuẩn ( U 1 , U 2 , U 3 , U 4 , U 5 , U 6_ ). II. Tính toán mạch điều khiển. A. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ. Cấp nguồn 220V cho cuộn sơ cấp máy biến áp đồng pha. Điện áp phần thứ cấp là điện áp đồng pha. Ta chỉ lấy điện áp U 21 , U 22 để dẫn giải : U 21 đ-ợc so sánh mức điện áp 0V, qua D 1 chỉ lấy xung vuông U 1 . U 22 đ-ợc so sánh ở mức điện áp 0V, qua D 1 chỉ lấy xung vuông U 2 . U 1 và U 2 đ-ợc đ-a qua bộ tạo điện áp răng c-a ( gồm R 3 , R 4 ,R 5 , R 6 , D 1 , D 2 , D 3 , A 3 , T 1 ,T 2 ), đầu ra sẽ nhận đ-ợc điện áp răng c-a U 3 . U đk đ-ợc so sánh với U 3 qua A 4 , cho xung chữ nhật vuông. Xung chữ nhật vuông này qua D 4 chỉ lấy xung chữ nhật d-ơng U 4 . U đk có thể thay đổi, khi nhiệt độ tăng | U đk | giảm, góc phát xung lớn lên làm điện áp đầu ra của thyristor giảm và ng-ợc lại, khi nhiệt độ giảm | U đk | góc phát xung giảm đi làm điện áp đầu ra của thyristor tăng. ( Khâu phản hồi điện áp là phản hồi âm để ổn định ở một điện áp nhất định, t-ơng ứng với một nhiệt độ nhất định ). Xung U 4 và xung chùm U x đ-ợc đ-a qua con AND. Đầu ra AND là xung chùm. Xung chùm này đ-ợc qua T 3 , T 4 mắc đalinhtơn để khuyếch đại công suất ( khuyếch đại dòng ). Đ-a xung qua biến áp xung BAX, cho độ rộng xung và biên độ xung nh- mong muốn. Bộ phát xung chùm là đa hài tự dao động gồm R 11 , R 12 , R 13 , C 2 và IC A 4 , qua D 6 lấy xung chùm d-ơng. Trong m¹ch ®iÒu khiÓn ta chän toµn bé IC lµ TL084 cã c¸c th«ng sè : V cc =  15V P tiªu thô = 680 MW R in = 10 6 M U 1 = U rabh = 13 (V) U 2 = U rabh = 13 (V) §ièt trong m¹ch ®iÒu khiÓn lµ lo¹i 1N4009 cã c¸c th«ng sè : I lvmax = 10 A U ng-îc = 25 V U më = 1 V §ièt Zenner lµ lo¹i BZD23-C9V1 cã c¸c th«ng sè : U DZ = 9 V 1. Kh©u ®ång pha. U 21 = 10 2 sint (V) U 22 = -10 2 sint (V) Cho qua bé so s¸nh so víi ®iÖn ¸p 0V. TÝn hiÖu ra nh- h×nh vÏ ( bé so s¸nh ®¶o ). Chó ý : I lv < 1 mA do ®ã : U 21 /R 1 < 1 mA  R1 > 10/1 = 10 K Ta chän R 1 = R 2 = R 1’ = R 2’ = 15 K 2. Khâu tạo điện áp răng c-a ( U tựa ). - Nguyên lý hoạt động : + Trong nửa chu kỳ đầu : U 1 < 0 , U 2 > 0. U 1 < 0 nên T 1 khoá. Khi đó tụ C 1 đ-ợc nạp điện áp U C1 . U 2 > 0 qua điốt D 1 và ổn định điện áp U D3 . U C1 và U D3 đ-ợc đ-a qua bộ trừ có điện áp ra là U 3 . + Trong nửa chu kỳ sau : U 1 > 0 , U 2 < 0. U 1 > 0 nên T 1 dẫn. U C1 phóng điện qua T 1 . Điện áp trên tụ C 1 nhanh chóng trở về 0. U 2 < 0 nên U D3 = 0 V. Do vậy U 3 = 0 V. Ta có đồ thị của khâu tạo điện áp răng c-a nh- hình vẽ : - TÝnh to¸n m¹ch : + Trong nöa chu kú ®Çu : I ET2 = I CT2 = (E – U D2 – U BE ) / R 5 . U C1 =  dtI C CT 2 1 1 = (I CT2 .t) / C 1 = [(E – U D2 – U BE ).t] / (R 5 .C 1 ). * Khi t = T/2 th× U C1 = 9 V do ®ã : [(E – U D2 – U BE ).T/2] / (R 5 .C 1 ) = 9 V Víi E = 15 V, U D2 = 9 V, U BE = 0,6 V  R 5 .C 1 = 0,006 Ta chän C 1 = 0,47F  R 5 = 12,766 K. Chän R 5 = 13 K V× U D3 = 9 V nªn U 3 = U D3 – U C1 = (I CT2 .t) / C 1 . Chän R 6 = 3,3 K, I R6 = I R7 = U D3 / 2.R 6 = 9 / 6600 = 1,36 mA. U R7 = U 2 - U D1 – U D3 = 4,3 V. ( U D1 = 0,7 V )  R 7 = U R7 / I R7 = 3,16 K. VËy ta chän R 7 = 3,3 K Chän R 3 = 10 K. I ET2 = I CT2 = (E – U D2 – U BE ) / R 5 = 0,09 mA  I BT2 = I CT2 / . Chän T 2 lµ 2N2904. Chän R 4 = 5 K. 3. Kh©u so s¸nh. [...]... là điện trở Manganin R17 là điện trở thay đổi theo nhiệt độ đ-ợc làm bằng Cu hoặc Ni ở 00C cầu đ-ợc tính toán cân bằng, lúc này Et = 0 Khi nhiệt độ môi tr-ờng thay đổi cầu mất cân bằng Lúc này giá trị của R17 cũng thay đổi làm xuất hiện trên hai đầu A,B một điện áp U Mặt khác nhiệt độ thay đổi nên hai đầu nhiệt kế xuất hiện một điện áp Et sao cho Et = U Vì vậy mV kế vẫn chỉ 0 V Ta dùng cặp nhiệt điện. .. dài với nhiệt độ là 1000 12000C Khoảng 1000C thì tăng 0 ,64 mV Ta có đồ thị quan hệ giữa Et = f(t0C) Nhiệt độ nhỏ nhất là 8000C Tra đồ thị ta đ-ợc Et = 5,1 mV Nhiệt độ cao nhất là 10000C Tra đồ thị ta đ-ợc Et = 6, 4 mV Điện áp đo đ-ợc trên mV kế là nhỏ nên ta phải khuếch đại điện áp - Khâu khuếch đại điện áp phản hồi : Uph = - Et.R22 / R21 Ta chọn R21 = 1 K, R22 = 40 K Uph = (- 0,212) (-0,2 56) V Chọn... R22//R21 = 1 K - Tạo điện áp điều khiển : UD9 = 9 V Ta có ( E UD9 ) / R24 1mA Ta chọn R24 = 3,3 K Rv = 0 1,5 K IR27 + IR25 = - IC3 - IR 26 Uph / R27 + Ud / R25 = - C3.( dUC3 / dt ) UC3 / R 26 UC3 = - ( R 26. Uph / R27 + R 26. Ud / R25 ) - C3.R 26( dUC3 / dt ) Chọn R 26 = R25 = 36 K R 26 / R27 = 35 R27 = 1 K Chọn C3 = 0,47 F R 26. C3 = Uđk = - (Ud k.| Uph |) - (dUC3 / dt) Tín hiệu điện áp ra nh- hình vẽ... Chọn T4 là 2N 161 3 có hệ số 4 = 80 Lấy 3 = 10 IET3 = ICT4 / 3 = 0,0125 A Chọn UBT4 = 0,7 V R 16 = UBT4 / IBT4 = 56 IBT3 = ICT4 / 3 4 = 15 ,62 5 A Ta có UBT3 = UBET3 + UBT4 = 0 ,6 + 0,7 = 1,3 (V) Vì Us = 2 4,5 V nên ta chọn điện áp sụt trên UR15 = 1 V R15 = UR15 / IBT3 = 64 K R14 (E - Usc) / Isc = 80 Ta chọn R14 = 57 7 Khâu phản hồi - Sơ đồ đo nhiệt độ trong lò lấy tín hiệu ra là điện áp Et : Trong.. .Điện áp răng c-a U3 và Uđk đ-a vào cổng âm A4 Khi | U3 Uđk | = 0 thì trigơ lật trạng thái và có đầu ra U4 là chuỗi xung chữ nhật Chọn R8 = R9 = 10 K Chọn R10 = R8//R9 = 5K Tín hiệu điện áp nh- hình vẽ : 4 Khâu phát xung chùm - Nguyên tắc hoạt động : Khi UC2 đạt ng-ỡng lật, sơ đồ chuyển trạng thái áp có giá trị ng-ợc lại với giá trị cũ Sau đó điện áp trên UC2 thay đổi theo h-ớng ng-ợc lại và tiếp... 2,2R13C2 = 1/(10.103) R13C2 = 45,5.10 -6 Chọn C2 = 0,02F R13 = 2,27K Ta chọn R13 = 2,2 K Chọn R11 = R12 = 10K 5 Chọn cổng AND Chọn IC CMOS là IC4081 có 4 cổng AND có các thông số sau : Vcc = 3 - 15 V Ta chọn Vcc = E = 15 V Công suất tiêu thụ : 2,5 nW / 1 cổng Ilv < 1mA Điện áp ứng với mức lôgic 1 là 2 - 4,5 V Tín hiệu điện áp ra nh- hình vẽ : 6 Khâu khuếch đại xung và biến áp xung Utc = Ugk = 2,5 V Itc... IC ổn áp loại UA7915 có các thông số là : Ung-ỡng = 40 V Ira = 0 1,5 A -E = -15 V UMNmin = 18 V, ta th-ờng chọn UMN = 21 V Ta có UMN = Ua.2,34 = 10.2,34 = 23,4 V thoả mãn điều kiện chọn C4, C5 là tụ làm phẳng 330 F 25 V Sơ đồ tạo điện áp E co các thông số t-ơng ứng hoàn toàn t-ơng tự . Cấu trúc mạch điều khiển thyristor. U AK : điện áp điều khiển ( điện áp một chiều ). U t : điện áp tựa ( đồng bộ với điện áp A-K của thyristor ). Hiệu điện áp | U đk U t | đ-a vào khâu so sánh. (1):. phản hồi. - Sơ đồ đo nhiệt độ trong lò lấy tín hiệu ra là điện áp E t : Trong sơ đồ trên : R 20 , R 18 , R 19 là điện trở Manganin. R 17 là điện trở thay đổi theo nhiệt độ đ-ợc làm bằng Cu. I C3 - I R 26 Uph / R 27 + Ud / R 25 = - C 3. ( dU C3 / dt ) – U C3 / R 26 U C3 = - ( R 26 .Uph / R 27 + R 26 .U d / R 25 ) - C 3 .R 26 ( dU C3 / dt ) Chän R 26 = R 25 = 36 K R 26 / R 27