Thiết kế hệ thống điều khiển và khống chế nhiệt độ lò điện trở

Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án thành viên nhóm thực Những trình bày đồ án hoàn toàn thật Thay mặt nhóm em xin chịu trách nhiệm đồ án nhóm Thành viên nhóm 17 Trần Thị Trang Dương Thị Hằng Nguyễn Minh Thúy Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở MỤC LỤC Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở BẢNG BIỂU HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình 2.1 Sơ đồ nối trung tính Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Chương 1: Giới thiệu chung lò điện trở CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ 1.1 Giới thiệu chung lò điện trở 1.1.1 Định nghĩa Lò điện trở thiết bị điện biến điện thành nhiệt thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt qua xạ, đối lưu truyền nhiệt dẫn nhiệt, nhiệt truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung, sấy, nấu chảy kim loại, 1.1.2 Nguyên lý làm việc lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa sở có dòng điện chạy qua dây dẫn vật dẫn tỏa lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxo: Q=I2RT Q- Lượng nhiệt tính Jun(J) I –Dòng điện tính Ampe(A) R –Điện trở tính Ôm(Ω) T –Thời gian tính băng giây(s) Từ công thức ta thấy điện trở R đóng vai trò: - 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, vuông tròn) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều thực tế công nghiệp Cho nên nói đến lò điện trở không đề cập đến vật liệu làm dây nung, phận làm phát nhiệt lò 1.1.3 Những vật liệu dùng làm dây nung a) Yêu cầu vật làm dây nung: Trong lò điện trở, dây đốt phần tử biến đổi điện thành nhiệt thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải làm từ vật liệu thỏa mãn yêu cầu sau: - Chịu nhiệt độ cao Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Chương 1: Giới thiệu chung lò điện trở - Độ bền khí lớn - Có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ dẫn đến dây dài khó bố trí lò tiết diện dây nhỏ, không bền) - Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (vì điện trở thay đổi theo nhiệt độ, đảm bảo công suất lò) - Chậm hóa già (tức dây đốt bị biến đổi theo thời gian, đảm bảo tuổi thọ lò) b) Vật liệu làm dây đốt - Hợp kim: Cr - Ni, Cr - Al… với lò có nhiệt độ làm việc 12000C - Hợp chất: SiC, MoSi2 … với lò có nhiệt độ làm việc 1200 0C ÷ 16000C - Đơn chất: Mo, W, C (graphit)…với lò điện trở làm việc cao 16000C Do vào khoảng nhiệt độ làm việc để chọn vật liệu làm dây đốt cho phù hợp Trong đồ án đòi hỏi nhiệt độ 800 – 1000 C nên chọn vật liệu làm dây đốt hợp kim Cr - Ni có thành phần hóa học 20 – 23%Cr, 75 – 78%Ni, lại Fe chất khác 1.1.4 Cấu tạo lò điện trở Lò điện trở thông thường gồm ba phần : vỏ lò, lớp lót, dây nung a) Vỏ lò Vỏ lò điện trở khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trình làm việc lò Mặt khác vỏ lò dùng để giữ lớp cách nhiệt rời đảm bảo kín hoàn toàn tương đối lò Đối với lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, lò điện trở bình thường, kín vỏ lò cần giảm tổng thất nhiệt tránh lùa không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò Trong trường hợp riêng, lò điện trở làm vỏ lò không bọc kín Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Chương 1: Giới thiệu chung lò điện trở Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chịu tải trọng lớp lót, phụ tải lò (vật nung) cấu khí gắn vỏ lò - Vỏ lò hình chữ nhật thường dùng lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung… Vỏ lò tròn dùng lò giếng vài lò chụp… - Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên tốt vỏ lò chữ nhật - lượng kim loại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng thép dày: • – mm đường kính vỏ lò 1000 – 2000 mm • – 12 mm đường kính vỏ lò 2500 – 4000 mm • 14 – 20 mm đường kính vỏ lò 4500 – 6500 mm Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng vòng đệm tăng cường loại thép hình Vỏ lò chữ nhật dựng lên nhờ thép hình chữ U, L thép cắt theo hình dáng thích hợp Vỏ lò bọc kín, không tùy theo yêu cầu kín lò Phương pháp gia công vỏ lò loại chủ yếu hàn tán b) Lớp lót Lớp lót lò điện trở gồm hai 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 cho buồng lò Cũng có người ta đầm loại bột chịu lửa chất dính dết gọi khối đầm Khối đầm tiến hành lò tiến hành nhờ khuôn Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo yêu cầu sau: + Chịu nhiệt độ làm việc cực đại lò + Có độ bền nhiệt đủ lớn làm việc + Có đủ độ bền học xếp vật nung đặt thiết bị vận chuyển điều kiện làm việc + Đảm bảo khả gắn dây nung bền chắn Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Chương 1: Giới thiệu chung lò điện trở + Có đủ độ bền hóa học làm việc, chịu tác dụng khí lò ảnh hưởng vật nung + Đảm bảo khả tích nhiệt cực tiểu Điều đặc biệt quan trọng lò làm việc chu kỳ - Phần cách nhiệt thường nằm vỏ lò phần vật liệu 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 khác nói chung không yêu cầu Yêu cầu phần cách nhiệt là: + Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu + Khả tích nhiệt cực tiểu + Ổn định tính chất vật lý, nhiệt điều kiện làm việc xác định Phần cách nhiệt xây gạch cách nhiệt, điền đầy bột cách nhiệt c) Dây nung Theo đặc tính vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung làm hai loại: dây nung kim loại dây nung phi kim loại Trong công nghiệp, lò điện trở dùng phổ biến dây nung kim loại 1.1.5 Phân loại lò điện trở Phân loại lò điện trở có nhiều cách:  Theo nhiệt độ làm việc lò - Lò nhiệt độ thấp (t < 6500C) - Lò nhiệt độ trung bình ( 6500C < t < 12000C) - Lò nhiệt độ cao ( t > 12000C)  Theo nơi dùng - Lò dùng công nghiệp - Lò dùng phòng thí nghiệm - Lò dùng gia đình v.v… Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Chương 1: Giới thiệu chung lò điện trở  Theo dặc tính làm việc - Lò làm việc gián đoạn - Lò làm việc liên tục  Theo kết cấu lò - Lò buồng - Lò giếng, lò chụp, lò bể…  Theo mục đích sử dụng - Lò - Lò ram - Lò ủ - Lò nấu chảy v.v… 1.2 Những vấn đề cần phải lưu ý việc thiết kế lò điện trở a) Hợp lý công nghệ Hợp lý công nghệ cấu tạo lò phù hợp với trình công nghệ yêu cầu mà tính đến khả sử dụng trình công nghệ khác không làm phức tạp trình gia công làm tăng giá thành cách rõ rệt Cấu trúc lò đảm bảo điều kiện coi hợp lý Điều đặc biệ quan trọng nhu cầu lò điện trở vượt xa khả sản xuất b) Hiệu kĩ thuật Hiệu kĩ thuật khả biểu thị hiệu suất cực đại kết cấu thông số xác định( kích thước ngoài, công suất, trọng lượng giá thành v.v…) Đối với thiết bị vật phẩm sản xuất ra, suất đơn vị công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung v.v…là tiêu hiệu kĩ thuật Còn phần riêng biệt kết cấu chi tiết, hiệu kỹ thuật đánh giá công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v.v… ứng với trọng lượng, kích thước giá thành kết cấu c) Chắc chán làm việc Chắc chắn làm việc tiêu quan trọng chất lượng kết cấu điện Thường lò điện làm việc liên tục ca, hai ca ba ca ngày Nếu làm việc phận không hoàn hảo ảnh hưởng đến trình sản xuất chung Điều đặc biệt quan Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Chương 1: Giới thiệu chung lò điện trở trọng lò điện làm việc liên tục dây chuyền sản xuất tự động Ngay lò điện làm việc chu kì, lò ngừng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất ngừng lò đột ngột ( nghĩa phá hủy chế độ làm việc bình thường lò) dẫn đến hư hỏng sản phẩm, lãng phí nguyên vật liệu tăng giá thành sản phẩm Một tiêu chắn làm việc phận lò điện khả thay nhanh khả dự trữ lớn lò làm việc bình thường Theo quan điểm chắn, thiết bị cần ý đến phận quan trọng nhất, định làm việc liên tục lò Thí dụ : dây nung, băng tải v.v… d) Tiện lợi sử dụng Tiện lợi sử dụng yêu cầu - Số nhân viên phục vụ tối thiểu - Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sức lực dẻo dai nhân viên phục vụ - Số lượng thiết bị quý bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu - Bảo quản dễ dàng Kiểm tra sửa chữa tất phận thiết bị thuận lợi - Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh tuyệt đối an toàn e) Rẻ đơn giản chế tạo Về mặt sau: - Tiêu hao vật liệu nhất, đặc biệt vật liệu quý (các kim loại màu, hợp kim có hàm lượng niken cao…) - Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa khả chế tạo phải cho ngày công tận dụng thiết bị, dụng cụ thông thường có sẵn nhà máy chế tạo gia công - Các vật liệu thiết bị yêu cầu để chế tạo phải - Sử dụng tối đa kết cấu giống loại để dễ dàng đổi lẫn thuận tiện lắp ráp Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page Chương 1: Giới thiệu chung lò điện trở - Chọn hợp lý dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo (đúc, hàn, dập) Bỏ chi tiết khâu gia công khí không hợp lý f) Hình dáng đẹp Mỗi kết cấu thiết bị, vật phẩm, khâu chi tiết phải có hình dáng tỷ lệ cạnh phù hợp, dễ coi Tuy cần ý rằng, độ bền kết cấu trọng lượng nhỏ hình dáng bề đẹp có quan hệ khăng khít với Việc gia công lần chót sơn có vai trò đặc biệt quan trọng hình dáng bề lò điện Song cần tránh trang trí không cần thiết Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 10 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở điểm ban đầu điện trở R xuất xung điện áp có giá trị tổng điện áp có sẵn tụ ( U bh) chúng mắc nối tiếp nên +2 U bh Sau tụ C bắt đầu trình nạp đảo để đến cuối lại đến trị số U bh ngược dấu ban đầu Quy luật biến thiên điện áp tụ : uc(t) = Ubh(), với = RC Điện áp nhận mạch vi phân điện áp điện trở R: ura = uR = uss - uc = Ubh - Ubh() = 2Ubh Suy dòng điện có quy luật : i(t) = Suy điện áp suy giảm theo hàm mũ với số thời gian , sau thời gian coi điện áp đến không Vậy độ rộng xung đơn : tx = Một số điểm cần lưu ý tính toán thiết kế: - Sau khâu tạo dạng xung (TDX) khâu khâu khuếch đại xung (KĐX) nên tải khâu tạo xung thường tần khuếch đại transistor, khi hoạt động điện trở R mắc song song với Rb, số thời gian biểu thức thành = (R // Rb).C = RtđC Đồng thời cần có điôt bảo vệ điện áp ngược cho độ bazơ – emito bóng T - Xung tạo mạch vi phân RC có sườn trước dốc đứng, sườn sau kéo dài (còn gọi xung kim) Điều làm transistor khâu KĐX qua vùng khuếch đại giai đoạn tương ứng sườn sau (lúc bóng T khóa) kéo dài gây phát nhiệt, không nên tăng độ rộng xung lớn Mặt khác, đoạn cuối xung có trị số gần không nên tác dụng truyền công suất nữa, độ rộng hiệu xung mở van lực cần cỡ tx = 1,8 - Biểu thức dòng điện qua tục cho thấy có giá trị lớn thời điểm ban đầu (2Ubh/R) Chính dòng điện qua OA khâu so sánh, cần hạn chế để không lớn, tức tổng trở tương đương R//Rb không nhỏ (thường không nên 500Ω) Ngược lại, tăng tổng trở lên làm giảm dòng vào bazo không đủ giữ transistor T mở bão hòa Do vậy, giá trị R, Rb cần chọn cho hợp lí Tính toán: Chon tx = 100 μs, nguồn E = ±15 V, transistor đầu vào khâu KĐX cần dòng điều khiển mở bão hòa Itx không mA Từ lưu ý có: tx = 1,8  Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 34 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở = (R // Rb)C = RtđC Để đảm bảo đến cuối xung dòng vào T đạt giá trị yêu cầu 1mA, có : i(t = tx) = = = = mA = 10-3 A Từ rút ra, lấy Ubh = E – 1,5V = 13,5 V , : Rtd = = = 4,463.103 (Ω) Vì Rb > Rb Nhóm RkD3 làm nhiệm vụ khóa bóng T, nguồn âm –E k để đơn giản ta nối trực tiếp Rk xuống điểm đất, với điều kiện Rk >> Rb Từ ta tính Rb = 3,9 kΩ, với điều kiện ta chọn R k = 47 kΩ - Khuếch đại công suất xung điều khiển a) Khuếch đại xung biến áp xung điều khiển  Nguyên lý hoạt động Phương pháp ghép thông dụng dễ dàng cách ly điều khiển mạch lực, nhiên tính chất vi phân biến áp nên không cho phép truyền xung rộng vài mili giây Chính tính chất mà người ta truyền xung rộng dạng xung chùm để biến áp xung hoạt động bình thường Để đơn giản mạch, đồng thời đảm bảo hệ số khuếch đại dòng cần thiết, tầng khuếch đại hay đấu kiểu Dalintơn VS2 12 + 4.2.6 G1 D6 N2 D8 K1 T2 BD135 R5 42k T1 BC107 N1 D7 M1 1m Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 36 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở Hình 4.8 Sơ đồ tối giản khuếch đại xung ghép biến áp xung Cả hai bóng T1, T2 chọn theo điều kiện điện áp chịu trị số nguồn Ecs Về dòng điện, bóng T1 chọn theo dòng điện qua cuộn sơ cấp I biến áp xung: Ic = I1 = Trong đó: - Iđk _ dòng điều khiển mở van - k _ tỉ số vòng dây sơ cấp thứ cấp biến áp xung, thường nằm phạm vi (1÷3) Sau chọn T1 để có hệ số khuếch đại β1 chọn T2 dòng qua colector T2 dòng qua bazo T 1, dòng qua T2 nhỏ T1 chịu dòng nhỏ β lần Vì độ rộng xung nhỏ nhiều chu kì phát xung nên công suất phát nhiệt transistor không đáng kể quan tâm đến vấn đề tính toán Điện trở R1 chọn từ điều kiện mở bão hòa tốt cho T1, T2 đồng thời không gây tải cho tầng trước khâu khuếch đại xung: ≤ R1 ≤ Nếu điện áp vào khuếch đại xung có phần âm, cần phải mắc điốt bảo vệ cho transsistor (Đ1 hình 4.4) Điốt Đ6 điốt ổn áp Dz nhằm chống áp gây áp gây hỏng bóng chúng chuyển từ dẫn sang khóa ảnh hưởng sức điện động tự cảm cuộn dây sơ cấp biến áp xung Tính toán Mạch điều khiển tính toán xuất phát từ yêu cầu xung mở thyristor Các thông số thyristor : Irò Điệ tph di/dt ΔU Uđk Iđk du/dt Itb Iđỉnh (mA) n (μs) (A/μs (V) (V) (mA (V/μs (A) (A) áp ) ) ) 300 50100- 2,1 5, 400 700 30 200 100400 120 1000 Từ bảng thông số thyristor ta thấy thyristor đòi hỏi điện áp điều khiển Uđk = 5,5 V Iđk =0,4 A Chọn biến áp xung có tỉ số k =2, tham số điện áp dòng điện cuộn sơ cấp là: Usc = Uđk k = 5,5 = 11 V Isc = Iđk/ k = 0,4/2 = 0,2 A → Isc = ICT1 = 0,2 A  Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 37 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở Nguồn công suất phải có trị số lớn U để bù sụt áp điện trở chọn Ecs = 18 V Từ hai giá trị Ecs Isc nên chọn bóng T5 loại BD135 có tham số Uce = 45 V, Icmax= 1,5 A, tra bảng có β1min = 40 Và chọn T4 loại BC107 có Uce = 45 V, Icmax= 0,1 A, tra bảng có β2min = 110 Vì ICT2 = IBT1 = IC1/ β1min = 0,2/40 = 5.10-3 A Chọn UBT1 = 0,7 V → R3 = UBT1 / IBT1 = 0,7 / 5.10-3 = 140 Ω b) Biến áp xung Biến áp xung thực nhiệm vụ : - Cách ly mạch lực mạch điều khiển - Phối hợp trở kháng tầng khuếch đại xung KĐX cực điều khiển van lực - Nhân thành nhiều xung ( BAX nhiều cuộn thứ cấp) cho vân cần mở đồng thời trường hợp phải mắc nối tiếp mắc song song nhiều van  Tính toán: Có thể tính toán theo phương pháp đơn giản sau đây: Do chế độ làm việc BAX từ hóa phần nên chọn = 0.2T; = 30 A/m Ta có: + độ rộng xung tx = 50 + Tỉ số biến áp xung chọn m = + Điện áp thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Udk = 5,5 (V) + Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U = m.U2 = 5,5 = 16,5 (V) + Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Idk = 0,4 (A) + Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I = = = 0.1333(A) + Thể tích lõi thép cần có : V = = = 3,67.10-6 (m3) = 3,67(cm3) Tra bảng cho trường hợp từ hóa phần chọn loại lõi hình trụ kí hiệu 2616 có tiết diện lõi tương ứng 0.948 cm2 Vậy số vòng dây cuộn sơ cấp: w1 = = 94,96 → chọn w1 = 100 vòng w2 = w1/ kba = 100/2 = 50 vòng 4.2.7 Khâu phản hồi Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 38 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở Sơ đồ đo nhiệt độ lò điện trở a) Hình 4.9 Sơ đồ đo nhiệt độ lò điện trở Sơ đồ đo nhiệt độ lò lấy tín hiệu Et Trong sơ đồ trên: R20, R19, R18 điện trở Manganin - R17 điện trở thay đổi theo nhiệt độ làm Cu Ni Ở nhiệt độ cầu tính toán cân bằng, lúc Et = Khi nhiệt độ môi trường thay đổi cầu cân Lúc giá trị R17 thay đổi làm xuất đầu A, B điện áp ΔU Mặt khác nhiệt độ thay đổi nên hai đầu nhiệt kế xuất điện áp ΔEt cho ΔEt=ΔU Như mV kế V - Ta dùng nhiệt kế Platin – Platin Rôđi ( 90% Pt 10% Rh) đo lâu dài với nhiệt độ 1000 – 1200 Khoảng 100 tăng 0.64 mV → nhiệt độ nhỏ 1000 : Et = 6,4 mV → nhiệt độ nhỏ 1200 : Et = 7,68 mV Điện áp đo mV kế nhỏ nên ta phải khuếch đại điện áp b) Khâu khuếch đại điện áp phản hồi : - Khâu khuếch đại điện áp phản hồi : - Hình 4.10 Sơ đồ khâu khuếch đại điện áp phản hồi Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 39 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở Uph = - Et.R22/ R21 Ta chọn R21 = KΩ, R22 = 40 KΩ, R23 = KΩ Uph = - Et.R22/ R21 4.2.8 Khâu tạo điện áp điều khiển Hình 4.11 Khâu tạo điện áp điều khiển Chọn UD9 = 9V Chọn R26 = R25 = 36KΩ R26 / R27 = 35 ⇒ R27 = 1KΩ Chọn C3 = 0,47 μF 4.2.9 Khối nguồn Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 40 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở Hình 4.12 Khối nguồn lò điện trở IC ổn áp loại UA7815 có thông số là: Ungưỡng = 35V Ira = – 1,5A E = 15V IC ổn áp loại UA7915 có thông số là: Ungưỡng = 40V Ira = – 1,5A - E = -15V UMNmin = 18V, ta thường chọn UMN = 21V Ta có UMN = Un.2,34 = 10.2,34 = 23,4V thỏa mãn điều kiện chọn C4, C5 tụ làm phẳng 330μF – 25V Sơ đồ tạo điện áp –E có thông số tương ứng hoàn toàn tương tự 4.2.10 Tính toán biến áp nguồn nuôi Hình 4.13 Biến áp nguồn nuôi Chọn: U2 = U21 = Udf = 10V I2 = Idf = 1mA Công suất máy biến áp đồng pha Pdf = 6Udf.Idf = 0,06W Có 21 khuếch đại thuật toán nên ta chọn IC TL0841 TL084 co Ptt = 680mW Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 41 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở Vậy công suất tiêu thụ IC TL084 : P8IC = 6.0,68 = 4.08 W Công suất biến áp cấp cho cực điều khiển Px = 6UđkIđk = 6.5,5.0,4= 13,2W Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi: P = Pdf + P8IC + Px = 0,06 + 4,08 + 13,2 = 17,34 W Công suất máy có kể đến 5% tổn thất máy: S = 1,05.P = 1,05.17,34 = 18,207 W Dòng điện thứ cấp máy biến áp I2 = S/6.U2 = 18,207/(6.10) = 0,3 A Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1 = S/3.UA = 18,207/(3.220) = 27,59 mA 4.3 Mạch điều khiển VS2 12 + D6 + + N2 D8 K1 R6 1k OP3 uA741 + D5 1N1200 Urc R8 15k + + R9 15k + OP4 uA741 Uss Xung don + + VS6 12 + C1 120p R3 3,9k xung kep R2 42k R7 100k - D4 T1 BC107 Udk 5,5 T2 BD135 R5 42k D3 D2 N3 D1 N1 R1 15k N1 R4 47k N2 OP1 uA741 Udb + TRCT1 Udp VS1 12 U pha A G1 M1 1m C2 220n D7 + Z1 VS4 12 Hình 4.14 Mạch điều khiển van Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 42 Chương 5: Mô hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ LÒ ĐIỆN TRỞ Mô mạch lực hệ thống + U2 A Upha B + + Upha A + 1.1 U4 Upha C U6 AM1 U1 U3 + U5 A + V VM1 R57 42k R56 42k R55 42k AM2 Hình 5.1 Mô sơ đồ mạch lực hệ thống T 400.00 Current (A) 200.00 0.00 -200.00 -400.00 0.00 20.00m 40.00m 60.00m Time (s) Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 43 Chương 5: Mô hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở 1.2 Hình 5.2 Kết mô mạch lực Mô mạch đikều khiển hệ thống VS2 12 + M1 1m C2 220n Udp OP3 uA741 R6 1k - + D5 1N1200 D8 R8 15k R7 100k - R9 15k + + Urc + VS6 12 + OP4 uA741 Uss Xung don C1 120p R3 3,9k + xung kep T1 BC107 D4 T2 BD135 R5 42k + N2 + D3 + N1 R4 47k R2 42k D2 N3 OP1 uA741 Udb - D1 N2 N1 R1 15k + TRCT1 D6 VS1 12 U pha A D7 + Z1 VS4 12 Udk 5,5 VS9 12 + D15 D16 D23 D24 D32 D40 D48 + OP6 uA741 R13 15k + + R14 15k VS5 12 + C4 120p R16 3,9k + T3 BC107 D13 T4 BD135 R18 42k - R12 100k + + OP5 uA741 D11 1N1200 D12 R11 1k + R15 42k + D10 - D9 N2 R17 47k OP2 uA741 R10 15k N1 D31 D14 VS8 12 D39 M2 1m C3 220n D47 + Z2 VS3 12 VS7 5,5 VS14 12 + + Z3 VS10 12 M3 1m C5 220n D22 VS13 12 R20 1k + - + D19 1N1200 OP9 uA741 R22 15k + R23 15k + + R21 100k VS11 12 + C6 120p R25 3,9k + T5 BC107 D21 T6 BD135 R27 42k + D20 D18 N3 N2 R26 47k + OP8 uA741 R24 42k - D17 N2 N1 OP7 uA741 R19 15k + TRCT3 U pha B N1 VS12 5,5 VS19 12 + + Z4 VS15 12 M4 1m C7 220n D30 VS18 12 - + OP12 uA741 R31 15k + R32 15k + + R30 100k VS16 12 + C8 120p R34 3,9k + T7 BC107 D29 T8 BD135 R36 42k D27 1N1200 D28 R29 1k + R33 42k + D26 + OP11 uA741 - D25 N2 R35 47k OP10 uA741 R28 15k N1 VS17 5,5 VS24 12 + + Z5 VS20 12 M5 1m C9 220n D38 VS23 12 R38 1k + OP14 uA741 - + D35 1N1200 OP15 uA741 R40 15k R41 15k + + R39 100k - + + VS21 12 C10 120p R43 3,9k + T9 BC107 D37 T10 BD135 R45 42k + D36 D34 N3 N2 R44 47k + R42 42k - D33 N2 N1 OP13 uA741 R37 15k + TRCT5 U pha C N1 VS22 5,5 VS29 12 + + Z6 VS25 12 M6 1m C11 220n D46 VS28 12 VS26 12 OP18 uA741 R49 15k + R50 15k VS27 5,5 + C12 120p R52 3,9k + D44 + R51 42k - D45 T11 BC107 T12 BD135 R54 42k + R48 100k + OP17 uA741 D43 1N1200 R47 1k + + + D42 - 7 D41 N2 R53 47k OP16 uA741 R46 15k N1 Hình 5.3 Mô sơ đồ mạch điều khiển hệ thống Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 44 Chương 5: Mô hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở 20.00 T Udb -10.00 400.00 Udp -400.00 7.00 Urc 1.00 11.00 Uss 1.00 1.00 Xung don -2.00 12.30 xung kep 11.10 0.00 20.00m 40.00m 60.00m Time (s) Hình 5.4 Kết mô mạch điều khiển hệ thống Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 45 Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở KẾT LUẬN Sau học đồ án hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Khắc Hưng, em hoàn thành đồ án môn học Điện Tử Công Suất với đề tài “ Điều chỉnh khống chế nhiệt độ lò điện trở” đạt số kết sau: 1234- Hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động lò điện nói chung lò điện trở nói riêng Vận dụng nguyên lý hoạt động mạch điều áp xoay chiều ba pha vào mạch thực tế Biết cách thiết kế tính toán mạch lực Biết cách tính toán thiết kế mạch điều khiển Kết mô cho thấy mạch lực mạch điều khiển hoạt động tốt đáp ứng yêu cầu thực tế đặt Điều chứng tỏ tính đắn mạch thiết kế Kết sở cho việc ứng dụng để thiết kế cho mạch thực tế Tuy nhiên, thời gian có hạn trình độ hạn chế, đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em xin chân thành cảm ơn Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 46 Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển khống chế nhiệt độ lò điện trở TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử công suất – Nguyễn Bính Nhà xuất khoa học kĩ thuật - 1995 Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất – Phạm Quốc Hải Nhà xuất khoa học kĩ thuật - 2009 Phân tích giải mạch điện tử công suất – Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật – 1997 http://www.thuvientailieu.vn/tai-lieu/de-tai-khai-thac-phan-mempsim-mo-phong-mach-dien-tu-cong-suat-22712/ http://www.thuvientailieu.vn/tai-lieu/thiet-ke-bo-dieu-ap-xoay-chieu20509/ Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 47 N2 - Urc + - + R7 100k R8 15k R9 15k + OP4 uA741 Uss T1 R3 3,9k R2 42k R55 42k Udk 5,5 VS9 12 + D15 D16 D23 D24 D32 D40 + OP6 uA741 R13 15k + R12 100k - R14 15k + C4 120p R16 3,9k + T3 BC107 D13 VS7 5,5 + VS5 12 - T4 BD135 R18 42k + + OP5 uA741 D11 1N1200 D12 R11 1k + R15 42k + - D10 D9 N2 R17 47k OP2 uA741 N1 D31 M2 1m D14 VS8 12 D39 + VS3 12 C3 220n VS10 12 VS14 12 + + Z3 M3 1m C5 220n D22 VS13 12 R20 1k + + OP9 uA741 R22 15k + R21 100k R23 15k VS11 12 + C6 120p R25 3,9k + T5 BC107 D21 VS12 5,5 + + + OP8 uA741 D19 1N1200 + T6 BD135 R27 42k - D20 R24 42k D18 D17 N3 N2 R26 47k N2 N1 OP7 uA741 R19 15k + TRCT3 N1 U pha B VS15 12 VS19 12 + + Z4 M4 1m C7 220n D30 VS18 12 + OP12 uA741 R31 15k + R30 100k - R32 15k + C8 120p R34 3,9k + T7 BC107 D29 VS17 5,5 + VS16 12 - T8 BD135 R36 42k + + OP11 uA741 D27 1N1200 D28 R29 1k + R33 42k + - N2 R35 47k D26 D25 N1 OP10 uA741 R28 15k VS20 12 VS24 12 + + Z5 M5 1m C9 220n D38 VS23 12 OP15 uA741 R40 15k + R41 15k + C10 120p R43 3,9k + T9 BC107 D37 VS22 5,5 + VS21 12 - T10 BD135 R45 42k + R39 100k - D36 + + OP14 uA741 D35 1N1200 R42 42k R38 1k + + N2 R44 47k D34 N3 - D33 VS29 12 + M6 1m C11 220n D46 VS28 12 OP16 uA741 - + VS26 12 OP18 uA741 R49 15k - + + R50 15k VS27 5,5 C12 120p R52 3,9k + D45 T11 BC107 R54 42k R48 100k D44 D43 1N1200 R51 42k R47 1k + + N2 R53 47k + OP17 uA741 + D42 - D41 R46 15k N1 D47 + Z6 VS25 12 + N2 N1 OP13 uA741 R37 15k N1 + TRCT5 U pha C + + + A AM2 T2 BD135 AM5 T5 + A T1 BC107 Z2 R10 15k T3 T2 A AM3 + xung kep D4 + T6 A A AM4 AM6 R5 42k + + VS6 12 + T4 A AM1 + + + Xung don C1 120p T12 BD135 D48 + V VM1 + V VM2 R57 42k D5 1N1200 Upha C D8 R56 42k OP3 uA741 R6 1k + + D3 N1 R4 47k 4 - D2 N3 OP1 uA741 Udb D1 + N2 N1 D6 VS1 12 R1 15k D7 Udp TRCT1 Upha B M1 1m C2 220n U pha A Upha A + VS2 12 + + Z1 VS4 12 + V VM3 [...]... Lựa chọn phương án thiết kế CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Đề xuất các phương án tổng thể Lò điện trở và vật cần nung là đối tượng điều khiển của hệ thống với đại lượng cần điều chỉnh là nhiệt độ vật cần nung Việc điều chỉnh nhiệt độ của vật cần nung cũng chính là điều chỉnh nhiệt độ trong buồng lò hay điều chỉnh công suất đặt vào lò Như đã nói ở trên, công suất ra tải của lò được tính theo... Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LÒ ĐIỆN TRỞ 4.1 4.2 Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển Mạch điều khiển chỉnh lưu cần thực hiện các nhiệm vụ chính sau: • Phát xung điều khiển (xung để mở van) đến các van lực theo đúng pha và với góc điều khiển α cần thiết • Đảm bảo phạm vi góc điều chỉnh αmin ÷ αmax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp... sin cũng không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của lò Kết luận: trong thực tế loại sơ đồ này sử dụng rất phổ biến - 2.2 Lựa chọn phương án thiết kế mạch lực và mạch điều khiển Từ việc phân tích các ưu - nhược điểm của từng phương án trên ta đi đến kết luận lựa chọn phương án để thiết kế mạch lực và mạch điều khiển của bộ điều chỉnh và khống chế lò điện trở là :bộ điều chỉnh điện áp ba pha sáu thyristor... bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu như chế độ khởi động, chế độ nghịch lưu, các chế độ dòng điện liên tục hay gián đoạn, chế độ hãm hay đảo chiều điện áp,… • Có độ đối xứng xung điều khiển tốt, không vượt quá 1 ÷ 3, tức là góc điều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị trên • Đảm bảo mạch làm việc ổn định và tin cậy khi lưới điện dao động cả về giá trị điện áp và tần số • Có khả... Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha nối sao không dây trung tính là sự hoạt động tổng hợp của các pha Việc điều chỉnh điện áp bộ điều áp 3 pha không dây trung tính phụ thuộc vào góc α Nên dễ dàng hơn trong việc điều khiển Nhược điểm: - Việc tính toán các van sẽ phức tạp hơn - Dạng dòng điện và điện áp ra tải đều không sin, nhưng với tải điện trở thuần của lò điện trở thì việc điện. .. triac trong mạch điện áp xoay chiều là khả năng điều khiển để mở bà khóa thyristor dễ dàng hơn nhiều so với triac Ta có đồ thị dạng điện áp ra của mạch điều khiển điện áp xoay chiều: Các mạch điện áp xoay chiều cơ bản là trong quá trình điều chỉnh, mạch luôn làm việc ở chế độ dòng gián đoạn, cả dạng dòng điện và điện áp ra tải đều không sin nên phù hợp với các loại tải điện trở như lò điện trở, bóng đèn... và góc điều khiển α: 3.1   0° ≤ Với P1 = α ≤ 60° : (1) Với : P2 =  Với α P3 = (2) = 90° ÷ 150° (3) Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực của hệ thống Theo đề bài: - Nhiệt độ lò: 800 – 1000 Công suất định mức của lò là: Pđm = 100 (KW) Tổn hao nhiệt là: ΔP = 20 (KW) Điện áp nguồn lưới : 3*380 (V) Đồ án Điện tử công suất – Nhóm 17 – Đ6CNTĐ Page 20 Chương 3: Tính toán và thiết kế mach lực Trong thực tế, lò điện trở. .. đổi điện áp xoay chiều ba pha để thiết kế mạch lực và mạch điều khiển cho hệ thống điều chỉnh và tự động khống chế nhiệt độ lò điện trở Do điot chỉ có thể dẫn dòng theo một chiều mà ta lại yêu cầu điện áp ra tải là xoay chiều nên trong mạch điện áp xoay chiều người ta không dùng điot mà dùng triac vì đây là loại van bán dẫn duy nhất cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nó Tuy nhiên, do triac không... điện sẽ liên tục và đồng thời trở thành hình sin hoàn chỉnh chỉ khi điện áp ra tải lấy bằng điện áp nguồn Như vậy, khi điều chỉnh trên tải nhận được một dải n sóng hài hình sin Mặc dù vậy, với tải điện trở thuần của lò điện trở thì việc điện áp ra tải không sin cũng không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của lò Các mạch điều áp xoay chiều không phù hợp với tải dạng cảm kháng như biến áp hoặc động cơ điện, …... Đ6CNTĐ Page 27 Chương 4: Tính toán thiết kế mạch điều khiển lò điện trở Ulực ĐB Uss Urc Uđb Utựa SS Ugk Udx DX KĐX Uđk Hình 4.1 Giản đồ cấu trúc mạch điều khiển Mạch động lực được thiết kế ở chương 3 là mạch sáu thyristor đấu song song ngược có tải thuần trở nên ta thiết kế mạch điều khiển gồm các khâu sau: - Khâu đồng pha dùng máy biến áp hai cuộn dây sơ cấp - Khâu tạo điện áp tựa dạng răng cưa một nửa ... V2 θ5 V1 - V2 θ6 V1 V3 V2 UA - - - θ2 ≤θ≤ θ6 ≤ θ ≤ θ7 Công suất tải: P1 =  30° U AB ½ UA U AB ½ (1) Với : Trong phạm vi có giai đoạn van dẫn θ1 θ2 θ3 θ4 θ5 θ6 Hình 2.4 Đồ thị điện áp pha Ua với... thyritor dẫn điều áp làm việc khóa chuyển mạch hở mạch Công suất tải: P3 = (3) Theo ba biểu thức (1), (2), (3) giá trị α khác lấy P α = 100% ta có bảng giá trị đồ thị thể mối quan hệ công suất... đấu Các biểu thức thể quan hệ công suất tải P góc điều khiển α: 3.1   0° ≤ Với P1 = α ≤ 60° : (1) Với : P2 =  Với α P3 = (2) = 90° ÷ 150° (3) Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực hệ thống Theo đề bài: -