Luận văn tốt nghiệp: Hướng dẫn điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở phần 5 doc

Chơng 4 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 đợc vị trí xung trong phạm vi nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt lên A-K của thyristor. + Tạo ra đợc các xung đủ diều kiện mở thyristor, độ rộng xung t x đợc 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 | đa vào khâu so sánh. (1) : làm việc nh một trigơ. Đầu ra nhận đợc 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 đợc vị trí xung điều khiển tức là điều chỉnh đợc góc . 3. Nguyên tắc điều khiển. Có hai nguyên tắc : a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : U đk + U t đa đến đầu vào của một khâu so sánh bằng cánh làm biến đổi U đk ta có thể điều chỉnh đợc thời điểm xuất giện xung tức là điều chỉnh đợc 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 vợt trớc điện áp A-K của thyristor một góc bằng /2. ( Nếu U AK = Asint thì U t = Bcost ). U AK có thể điều khiển đợc theo hai hớng dơng và âm. U t + U đk đợc đa đến đầu vào khâu so sánh . Khi U t + U đk = 0 ta nhận đợc một xung ở đầu ra của khâu so sánh. U đk + Bcos = 0 = arccos( -U đk /B ). Thờng lấy B = U đkmax . Khi U đk = 0 thì = /2. Nguyên tắc này đợc sử dụng trong các thiết bị chỉnh lu chất lợng 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 đợc 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 đợc đa qua bộ khuếch đại ( R 12 , R 13 , R 14 , IC A 5 ), sau đó đợc đa 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 đợc so sánh mức điện áp 0V, qua D 1 chỉ lấy xung vuông U 1 . U 22 đợc so sánh ở mức điện áp 0V, qua D 1 chỉ lấy xung vuông U 2 . U 1 và U 2 đợc đa qua bộ tạo điện áp răng ca ( 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 đợc điện áp răng ca U 3 . U đk đợc 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 dơng 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 ngợc 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, tơng ứng với một nhiệt độ nhất định ). Xung U 4 và xung chùm U x đợc đa qua con AND. Đầu ra AND là xung chùm. Xung chùm này đợc qua T 3 , T 4 mắc đalinhtơn để khuyếch đại công suất ( khuyếch đại dòng ). Đa 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 dơng. Trong mạch điều khiển ta chọn toàn bộ IC là TL084 có các thông số : V cc = 15V P tiêu thụ = 680 MW R in = 10 6 M U 1 = U rabh = 13 (V) U 2 = U rabh = 13 (V) Điốt trong mạch điều khiển là loại 1N4009 có các thông số : I lvmax = 10 A U ngợc = 25 V U mở = 1 V Điốt Zenner là loại BZD23-C9V1 có các thông số : U DZ = 9 V 1. Khâu đồng pha. U 21 = 10 2 sint (V) U 22 = -10 2 sint (V) Cho qua bộ so sánh so với điện áp 0V. Tín hiệu ra nh hình vẽ ( bộ so sánh đảo ). 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 . 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. 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 | đa vào khâu so. áp xung. Thay đổi U đk có thể điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển tức là điều chỉnh đợc góc . 3. Nguyên tắc điều khiển. Có hai nguyên tắc : a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính