Điều chỉnh và tự động khống chế nhiệt độ lò điện trở

Đồ án môn học Điều chỉnh tự động khống chế nhiệt độ lò điện trở Đề tài : Thiết kế điều chỉnh tự động khống chế nhiệt độ lò điện trở Ngời thực : Họ tên : Lớp : Khoá : Giáo viên hớng dẫn: Năm thực : Ngày hoàn thành đồ án : Ngàytháng năm Giáo viên hớng dẫn : Đồ án điện tử công suất Các số liệu cho trớc : Nhiệt độ lò 600 - 800 ( C) Công suất định mức 100 ( kW ) Tổn hao nhiệt 10( kW ) Điện áp nguồn lới 3x380 ( V ) Nội dung đồ án : Chơng 1: Cấu tạo nguyên lý làm việc lò điện 1.1 Giới thiệu chung lò điện 1.2 Giới thiệu chung lò điện trở 1.3 Cấu tạo lò điện trở Chơng 2: Đề xuất phơng án lựa chọn phơng án thực Chơng 3: Giới thiệu chung mạch điều áp xoay chiều ba pha 3.1.Mạch điều áp xoay chiều 3.2.Quan hệ góc điều khiển công suất tải Chơng 4: Thiết kế tính toán mạch lực 4.1.Tính toán chọn van bán dẫn 4.2.Tính toán bảo vệ van bán dẫn Chơng 5: Thiết kế tính toán mạch điều khiển 5.1 Yêu cầu mạch điều khiển 5.2 Cấu trúc mạch điều khiển 5.3 Sơ đồ mạch điều khiển 5.4 Tính toán mạch điều khiển Chơng 6: Mô hệ thống Kết luận Tài liệu tham khảo 3 10 10 12 17 17 19 24 24 24 25 29 42 49 49 Đồ án điện tử công suất Chơng Cấu tạo nguyên lý làm việc lò điện trở 1.1 Giới thiệu chung lò điện - Định nghĩa Lò điện thiết bị điện biến điện thành nhiệt dùng trình công nghệ khác nh nung nấu luyện vật liệu, kim loại hợp kim khác - Lò điện đợc sử dụng rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật : + Sản xuất thép chất lợng cao + Sản xuất hợp kim phe-rô + Nhiệt luyện hoá nhiệt luyện + Nung vật phẩm trớc 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 đợc dùng để sấy, mạ vật phẩm + Trong lĩnh vực khác, lò điện đợc dùng để sản xuất vật phẩm thủy tinh, gốm sứ, loại vật liệu chịu lửa v.v Lò điện có mặt ngành công nghiệp mà ngày đợc dùng phổ biến đời sống sinh hoạt hàng ngày ngời cách phong phú đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nớc điện, sấy điện v.v - Ưu điểm lò điện so với lò sử dụng nhiên liệu Lò điện so với lò sử dụng nhiên liệu có u điểm sau : + Có khả tạo đợc nhiệt độ cao + Đảm bảo tốc độ nung lớn suất cao + Đảm bảo nung xác dễ điều chỉnh chế độ điện nhiệt độ + Kín + Đảm bảo điều kiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ - Nhợc điểm lò điện Yều cầu có trình độ cao sử dụng 1.2 Giới thiệu chung lò điện trở - Nguyên lý làm việc lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa sở có dòng điện chạy qua dây dẫn vật dẫn toả lợng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ : Q=I2 R t Q - Lợng nhiệt tính Jun (J) I - Dòng điện tính Ampe (A) R - Điện trở tính Ôm () t - Thời gian tính giây (s) Đồ án điện tử công suất Từ công thức ta thấy điện trở R đóng vai trò : + Vật nung : Trờng hợp gọi nung trực tiếp + Dây nung : Khi dây nung đợc nung nóng truyền nhiệt cho vật nung xạ, đối lu, dẫn nhiệt Trờng hợp gọi nung gián tiếp Trờng hợp thứ gặp dùng để nung vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông tròn ) Trờng hợp thứ hai thờng gặp nhiều thực tế công nghiệp Cho nên nói đến lò điện trở không đề cập đến vật liệu để làm dây nung - phận phát nhiệt lò - Những vật liệu dùng làm dây nung a - Yêu cầu vật liệu dùng làm dây nung Dây nung phận phát nhiệt lò, làm việc điều kiện khắc nghiệt đòi hỏi phải đảm bảo yều cầu sau : + Chịu nóng tốt, bị ôxy hoá nhiệt độ cao + Phải có độ bền học cao, không bị biến dạng nhiệt độ cao + Điện trở suất phải lớn + Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ + Các kích thớc phải không thay đổi sử dụng + Dễ gia công, dễ hàn hoăc dễ ép khuôn b - Dây nung kim loại Để đảm bảo yêu cầu dây nung, hầu hết lò điện trở công nghiệp, dây nung kim loại đợc chế tạo hợp kim Crôm-Nhôm Crôm-Niken hợp kim có điện trở lớn Còn kim loại nguyên chất đợc dùng để chế tạo dây nung kim loại nguyên chất thờng có tính chất lợi cho việc chế tạo dây nung nh : + Điện trở suất nhỏ + Hệ số nhiệt điện trở lớn + Bị ôxy hoá mạnh môi trờng khí quyễn bình thờng Dây nung kim loại thờng đợc chế tạo dạng tròn dạng băng c - Dây nung phi kim loại Dây nung phi kim loại dùng phổ biến SiC, grafit than 1.3 Cấu tạo lò điện trở 1- Những yêu cầu cấu tạo lò điện - Hợp lý công nghệ Hợp lý công nghệ có nghĩa cấu tạo lò phù hợp với trình công nghệ yêu cầu mà tính đến khả sử dụng trình công nghệ khác nh không làm phức tạp trình gia công làm tăng giá thành cách rõ rệt Cấu trúc lò đảm bảo đợc điều kiện nh coi hợp lý Điều đặc biệt quan trọng nhu cầu lò điện vợt xa khả sản xuất - Hiệu kỹ thuật Hiệu kỹ thuật khả biểu thị hiệu suất cực đại kết cấu thông số xác định ( kích thớc ngoài, công suất, trọng lợng giá thànhv.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 tiêu hiệu kỹ thuật Còn phần riêng biệt kết cấu chi tiết, hiệu kỹ Đồ án điện tử công suất thuật đợc đánh giá công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v.v ứng với trọng lợng, kích thớc giá thành kết cấu - Chắc chắn làm việc Chắc chắn làm việc tiêu quan trọng chất lợng kết cấu lò điện Thờng lò điện làm việc liên tục ca, hai ca ba ca ngày Nếu làm việc, phận không hoàn hảo ảnh hởng đến trình sản suất chung Điều đặc biệt quan trọng lò điện làm việc liên tục dây chuyền sản xuất tự động Ngay lò điện làm việc chu kỳ, lò ngừng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất ngừng lò đột ngột ( nghĩa phá huỷ chế độ làm việc bình thờng lò ) dẫn đến làm h hỏng sản phẩm, lãng phí nguyên vật liêu làm tăng giá thành sản phẩm Một tiêu phụ chắn làm việc phận lò điện khả thay nhanh khả nằng dự trữ lớn lò làm việc bình thờng 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 - Tiện lợi sử dụng Tiện lợi sử dụng nghĩa 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 lợng thiết bị quí 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 - Rẻ đơn giản chế tạo Về mặt yêu cầu nh sau : + Tiêu hao vật liệu nhất, đặc biệt vật liệu quí ( kim loại mầu, hợp kim có hàm lợng niken cao v.v ) + Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa khả chế tạo phải cho ngày công tận dụng đọc thiết bị, dụng cụ thông thờng có sẵn nhà máy chế tạo để gia công + Các loại vật liệu thiết bị yêu cầu để chế tạo phải + Sử dụng đến mức tối đa kết cấu giống loại để dễ dàng đổi lẫn thuận tiện lắp ráp + 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 - Hình dáng bề 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 lợng nhỏ hình dáng bề đẹp có quan hệ khăng khít với Việc gia công lần chót nh sơn có vai trò đặc biệt quan trọng hình dáng bề lò điện Song cần tránh trang trí không cần thiết - Cấu tạo lò điện trở Đồ án điện tử công suất Lò điện trở thông thờng 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 tơng đối lò Đối với lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, lò điện trở bình thờng, kín vỏ lò cần giảm tổn thất nhiệt tránh lùa không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò Trong trờng hợp riêng, lò điện trở làm vỏ lò không bọc kín Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chị đợc tải trọng lớp lót, phụ tải lò ( vật nung ) cấu khí gắn vỏ lò - Vỏ lò chữ nhật thờnng dùng lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v - Vỏ lò tròn dùng lò giếng vài lò chụp v.v - Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên tốt vỏ lò chữ nhật lợng kim loại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lò tròn, ngời ta thờng dùng thép dày Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, ngời ta dùng vòng đệm tăng cờng loại thép hình Vỏ lò chữ nhật đợc dựng lên nhờ thép hình U, L thép cắt theo hình dáng thích hợp Vỏ lò đợc bọc kín, không tuỳ theo yêu cầu kín lò Phơng pháp gia công vỏ lò loại chủ yếu hàn tán b - Lớp lót Lớp lót lò điện trở thờng gồm hai phần : vật liệu chịu lửa cách nhiệt Phần vật liệu chịu lửa xây gạch tiêu chuẩn, gạch hình gạch hình đặc biệt tuỳ theo hình dáng kích thớc cho buồng lò Cũng có ngời 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 đợc 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 tích nhiệt cực tiểu Điều đặc biệt quan trọng lò làm việc chu kỳ Phần cách nhiệt thờng 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 : + Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu + Khả tích nhiệt cực tiểu + ổn định tính chất lý, nhiệt điều kiện làm việc xác định Phần cách nhiệt xây gạch cách nhiệt, điền đầy bột cách nhiệt c - Dây nung Đồ án điện tử công suất Theo đặc tính vật liệu dùng làm dây nung, ngời 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 Chơng Các phơng án tổng thể chọn phơng án thực A Sơ đồ C B Sơ đồ có pha nối thẳng với tải.Tuy giảm đợc số van nhng điện áp tải đối xứng R1 R2 R3 Sơ đồ Sơ đồ van đợc nối vị trí dây trung tính tải, dùng cho tải đấu Y Sơ đồ Trong sơ đồ van đcủa tải Trờng hợp tải van nhng nh ợc nối vị trí dây trung tính đấu Y, dùng dòng qua van lớn Đồ án điện tử công suất Sơ đồ Sơ đồ đơn giản dùng Triac.Tải đấu Y/ đợc.Tuy nhiên có nhợc điểm triăc có công suất đóng cắt nhỏ nên ứng dụng cho biến đổi công suất nhỏ trung bình Sơ đồ Sơ đồ thyristo nối song song ngợc Sơ đồ khắc phục đợc nhợc điểm sơ đồ công suất đóng cắt dòng áp tiristo lớn triăc nên ứng dụng cho biến đổi với công suất lớn Khắc phục điểm yếu sơ đồ 1,2,3: tải đấu Y/ điện áp tải đối xứng Dùng mạch ĐAXC pha công suất tải lên đến hàng trăm KW Vì ta chọn sơ đồ dể thực đồ án Đồ án điện tử công suất Chơng Giới thiệu chung mạch điều áp xoay chiều ba pha 3.1 Mạch điều áp xoay chiều ba pha Công suất tải lò đợc tính theo công thức: P= Ut Rt Nh vậy, để thay đổi công suất đa tải , ta thay đổi Rt U t Tuy nhiên, thực tế để thay đổi R t thờng gặp nhiều khó khăn nên ngời ta thờng chọn cách thay đổi U t để thay đổi công suất tải Khi có sẵn nguồn điện xoay chiều, để thay đổi điện áp tải ta dùng điều chỉnh điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) dùng van bán dẫn Việc điều chỉnh điện áp tải dựa theo nguyên tắc tơng tự nh chỉnh lu tức thay đổi điểm mở van so với điểm qua không điện áp nguồn, gọi phơng pháp điều khiển pha (thay đổi góc mở van ) Do điện áp tải xoay chiều nên mạch điều áp xoay chiều ngời ta dùng triac loại van bán dẫn cho phép dòng điện xoay chiều qua Tuy nhiên, triac không thông dụng công suất đóng cắt nhỏ thyristor nên thực tế ngời ta thờng dùng sơ đồ thyristor đấu song song ngợc thay cho triac nh hình dới : Các van T1, T2 lần lợt dẫn dòng theo chiều xác định nên dòng qua cặp thyristor đấu song song ngợc dòng xoay chiều Các van thyristor đợc phát xung điều khiển lệch góc 180 độ điện để đảm bảo dòng qua cặp van hoàn toàn đối xứng Một u điểm việc sử dụng hai van thyristor đấu song song ngợc thay cho triac mạch điều áp xoay chiều khả điều khiển để mở thyristor dễ dàng nhiều so với triac Ta có đồ thị dạng điện áp mạch điều áp xoay chiều : Đồ án điện tử công suất Các mạch điều áp xoay chiều có nhợc điểm trình điều chỉnh, mạch làm việc chế độ dòng điện gián đoạn, dạng dòng điện điện áp tải không sin nên phù hợp với tải loại điện trở nh lò điện trở , bóng đèn loại sợi đốt v v Dòng điện liên tục đồng thời trở thành hình sin hoàn chỉnh điện áp tải lấy điện áp nguồn Nh vậy, điều chỉnh tải nhận đợc dải n sóng hài hình sin Mặc dù vậy, với tải điện trở lò điện trở việc dạng điện áp tải không sin không ảnh hởng đến chế độ làm việc lò Các mạch điều áp xoay chiều không phù hợp với tải dạng cảm kháng nh biến áp động điện, nên dùng phạm vi điều chỉnh điện áp không lớn Trong thực tế công nghiệp, mạch điều áp xoay chiều thờng sử dụng mạch điều áp xoay chiều ba pha, tải mắc hình sao( Y ) tải hình tam giác ( ) Quá trình làm việc mạch điều áp xoay chiều ba pha phức tạp nhiều so với mạch pha pha ảnh hởng mạnh sang tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố nh sơ đồ đấu van, góc điều khiển cụ thể, tính chất tải Hình sơ đồ thờng dùng nhất, sơ đồ có sáu thyristor đấu thành ba cặp song song ngợc 3.2 Quan hệ góc điều khiển công suất tải Khi phân tích hoạt động sơ đồ ta cần xác định rõ xem giai đoạn có van dẫn nhờ quy luật dới ta có đợc biểu thức điện áp giai đoạn, từ tiến hành tính toán Dới quy luật dẫn dòng van mạch điều áp xoay chiều ba pha: 10 Đồ án điện tử công suất E Tại thời điểm t = t2 , U c = -U0 = - R + R R10 khuyếch đại thuật 10 11 toán lật trạng thái Ur=Urmax=+E Sau qua trình lại lặp lại b) Tính toán : Chu kì xung chùm đơc xác định theo công thức : T= R9.C.ln(1+ Chọn T = 2.R10 ) R11 1 = = 104 (s) f 10.103 Chọn C =0.01(àF) R9 = T 104 = = 10 ( K ) C 0, 01.106 Chọn R9 = R10 = R11= 10 (k) Khâu khuyếch đại biến áp xung Un D9 D8 D10 D7 R14 R13 T1 Biến áp xung: - Biến áp xung có nhiệm vụ tách ly mạch lực mạch điều khiển - Phối hợp trở kháng tầng khuyếch đại xung cực điều khiển van lực Yêu cầu lớn biến áp xung truyền xung từ mạch điều khiển lên cực điều khiển thyristor với độ méo Bớc 1:Chọn máy biến áp xung theo đặc tính từ hóa 32 Đồ án điện tử công suất Biến áp xung làm việc với tần số cao nên lõi dẫn từ trờng cho biến áp xung lõi ferit dạng xuyến, hình trụ có tiết diện chữ E Do chế độ làm việc biến áp xung từ hoá phần ( xung có cực tính) nên ta chọn: Độ biến thiên cờng độ từ trờng: B = 0.2 (T) Độ biến thiên mật độ từ cảm: H = 30 A/m Bớc 2: Kích thớc tổng biến áp xung là: V = k ba U I t x U x B.H Trong đó: tx độ rộng xung, tx = tn = T 10 = = 0,05ms 2 Ux độ sụt áp xung cho phép, chọn Ux = 0.1 (V) kba = hệ số máy biến áp U2 điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp, U2 = Uđk = (V) I2 dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp, tx = tn nên coi: I2 = Iđk = 0.2 (A) Thay giá trị vào công thức trên, ta có: V= 1ì ì 0.15 ì 0.05.10 ì 0.1 =0.5.10-6(m3) 0.2 ì 30 Tra bảng cho trờng hợp từ hoá phần, chọn loại lõi hình trụ kí hiệu 1811 (đờng kính 18 (mm) đờng kính 11(mm) có tiết diện lõi tơng ứng 0.443(cm2) Do đó, ta có số vòng dây cuộn sơ cấp: w1 = U1 ì t x ì 0.05 ì 103 = = 17.3 (vòng) B ì Sba 0.2 ì 0.443 ì104 Chọn w1 = 18 (vòng) , suy ra: w2 = 18 (vòng) Yêu cầu lớn biến áp xung truyền xung từ mạch điều khiển lên cực điều khiển thyistor với độ méo Khuếch đại xung a Nguyên lý làm việc : Sơ đồ gồm khóa transistor T đợc điều khiển xung có độ rộng t x.Khi T mở bão hòa gần nh toàn điện áp nguồn Un đợc đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung.Điện áp cảm ứng bên phía sơ cấp có cực tính dơng tơng ứng mở điốt D9,đa dòng điều khiển vào cực điều khiển catốt tiristo.Điốt D 10 có tác dụng giảm điện áp ngợc đặt lên catốt cực điều khiển tiristo điện áp catôt dơng điện áp anôt.Điều đảm bảo an toàn cho tiếp giáp G-K tiristo van chế độ khóa Khi transistor khóa lại dòng collector emitor 0.Tuy nhiên dòng qua cuộn dây sơ cấp máy BAX dập tắt đột ngột đợc.Sức điện động tự cảm cuộn dây đảo chiều theo hớng muốn trì dòng điện theo chiều nh cũ Nghĩa cực tính sức điện động có dấu âm phía dấu 33 Đồ án điện tử công suất dơng phía dới Sức điện động có giá trị lớn tỉ lệ với tốc độ giảm dòng điện di/dt Dòng điện i1 giảm dần tổn hao điện trở cuộn dây chủ yếu tiêu tán sụt áp điôt D 7,D8.Nhờ điện áp transistor đợc giữ mức Un+( UD 7+UD 8) Điện trở mắc nối tiếp từ nguồn BAX có tác dụng hạn chế dòng từ hóa BAX Điện trở R 14 đợc tính để đảm bảo dòng qua transistor T không vợt dòng collector lớn cho phép b Tính toán : Tiristo có thông số : IG = 0,2 A; UGK = V ; tx = 0,05ms = 50 s Diện tích xung điều khiển V0.t = 3.50=150(V s) Với dòng điều khiển yêu cầu IG=0.2 A ta chọn loại biến áp IT235 với cuộn dây với tỷ số máy biến áp 1:1,điện cảm Lp=3mH Dòng sơ cấp BAX: I1 = IG+I Vì điện áp đặt lên cuộn dây BAX có giá trị không đổi nên dòng từ hóa I thay đổi tuyến tính theo thời gian I =(U1.t)/Lp Nh I max=(U1.tx)/Lp Ta phải có U1= UGK+ UD=3V+1V=4V Vậy I max=(4.50.10-6)/(3.10-3)=0.07(A) I1max=0.2+0.07=0.27(A) Nếu Un=30 V ta phải chọn điện trở hạn chế R=(30-U1)/Imax = 96 Ta chọn R=100 Theo sơ đồ transistor T1 phải chọn loại có dòng Ic max>0.27A Ta chọn loại 2N4400 + Hệ số khuyếch đại dòng =50 +Dòng cực đại vào colector I cmax = 0,6A Khi dòng điều khiển bazơ có giá trị cực đại I1max =5.4mA phù hợp với đa số IC Có thể chọn ổn áp UDZ với Uon= 9V UCE max=30+ 9+ 1=40 V Khâu tạo nguồn nuôi 34 Đồ án điện tử công suất Ta cần tạo nguồn điện áp 15V để cấp cho máy biến áp xung nuôi IC, điều chỉnh dòng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Ta chọn mạch chỉnh lu cầu dùng điôt, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi: U2 = 15 = 6.4(V) Chọn U2 = 9(V) 2.34 35 Đồ án điện tử công suất Để ổn định điện áp nguồn nuôi, ta dùng hai vi mạch ổn áp 7815 7915 vi mạch ổn áp cho ta điện áp 15(V) Các thông số vi mạch: Điện áp đầu vào: UV = ữ 35V Điện áp đầu ra: UR = 15V với IC7815 UR = -15V với IC7915 Dòng điện đầu ra: IRa = ữ1(A) Tụ điện C4, C5 , C4 , C5 lọc thành phần bậc cao Chọn C4 = C5 = C4 = C5 = 470(àF) Tính toán khâu đồng pha khâu tạo nguồn nuôi Ta thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi Chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trục , trục có ba dây, cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp Điện áp lấy thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha tạo điện áp nguồn nuôi U2 = U2đph = Un = 9V Dòng điện thứ cấp máy bíên áp đồng pha I2đp = (mA) Công suất nguồn nuôi cấp cho máy biến áp xung Pđph = 6.U2đp.I2đp = 6.9.1.10-3 = 0,054W Công suất tiêu thụ 6IC TL084 sử dụng làm khuếch đại thuật toán, ta chọn hai IC TL084 để tạo cổng AND // IC 4081 P8IC = 8PIC = 8.0,68 = 5,12(W) Công suất biến áp xung cấp cho việc điều khiển tisirton Px = Uđk Iđk = 0,2 = 4,2W Công súât sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = Pđph + P8IC + Px = 0,054 + 5,12 + 4,2 PN = 9,374 W Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy S = 1,05 (Pđph + Px) = 1,05 (0,054 +9,374) = 9,899VA Dòng điện thứ cấp máy biến áp I2 = S = 0,18 A 6.U Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1 = S = 0,015A 3.U Tiết diện trụ biến áp đợc tính theo công thức S 9,899 =6 = 154cm mf 3.50 QT = k Q kQ = hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát m = số trụ biến áp f = 50Hz tần số lới điện Chuẩn số tiết diện trụ: 36 Đồ án điện tử công suất QT = 1,63 (cm2) Kích thớc mạch từ thép dày = 0,5mm Số lợng thép: 68 lá; a = 12mm; b = 16mm; k = 30mm Hệ số ép chặt kc = 0,85 Chọn mật độ từ cảm B = 1T trụ ta có vòng dây sơ cấp W1 = U1 220 = = 6080 (vòng) 4, 44 f B.QT 4, 44.50.1.1, 63.10 Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75A/mm2 Tiết diện dây quấn sơ cấp S1 = S 9,899 = = 0, 00545mm2 3.U1.J1 3.220.2, 75 Đờng kính dây quấn sơ cấp 4.S1 4.0, 00545 = = 0, 0833mm d1 = Chọn d1 = 0,1mm Đờng kính có kẽ cách điện d1cd = 0,12mm Số vòng dây quận thứ cấp W2 = W1 U2 = 6080 = 248, (vòng) U1 220 Tiết diện dây quấn thứ cấp S2 = S 9,889 = = 0, 066mm 6.U J 6.9.2, 75 Đờng kính dây quấn thứ cấp 4S 4.0, 0666 = = 0, 29mm d2 = Chuẩn hoá: d2 = 0,29mm Chuẩn hóa đờng kính kể cách điện d2cd= 0,33mm Chọn hệ số lấp đầy: klđ =0,7 klđ= (d1cd w1 + d 22cd w2 ) C.h Chiều rộng cửa sổ c= (d1cd w1 + d 22cd w2 ) (0,12 2.6080 + 0,332.249) = = 8,578mm h.k1d 30.0, Chiều dài mạch từ L = 2c +3 =21 mm Chiều cao mạch từ H = h + 2a = 30 + 2.12 = 54mm * Tính chọn Điot cho thiết bị chỉnh lu nguồn nuôi 37 Đồ án điện tử công suất Dòng điện qua Điot : ID = I 0,1833 = = 0,129 A 2 Điện áp nguồn lớn UNmax = 6U = 6.9 = 22V Chọn dòng điện định mức Iđm K1 ID = 10.0,129 = 1,2A Điện áp ngợc lớn Un = ku Unmax = 22 = 44V Vậy chọn Điot k208A có: Iđm = 1,5A Un = 100V Khâu phản hồi Khâu phản hồi có chức chuyển đổi đại lợng đo đợc nhiệt độ lò sang đại lợng điện áp Điện áp đợc khuyếch đại lên sau đem so sánh với điện áp đặt vào Ud để thu đợc tín hiệu điều khiển Uđk - tín hiệu điều chỉnh góc đóng mở van 1.Chuyển đổi từ nhiệt độ lò sang điện áp *Nguyên tắc hoạt động cặp nhiệt điện nh sau: Cặp nhiệt cấu tạo gồm dây dẫn M N đợc nối với mối hàn có nhiệt độ T1,T2 M có mật độ điện tích lớn N có mật độ điện tích nhỏ Khi T1=T2 suất điện động mạch Khi T1>T2 mạch có suất điện động e = e1- e2=k.(T1- T2) * Trong sơ đồ : R18, R19 R20, điện trở Manganin điện trở không thay đổi theo nhiệt độ R17 nhiệt điện trở có điện trở thay đổi theo nhiệt độ đợc làm Ni, Pt 38 Đồ án điện tử công suất Mạch đợc thiết kế để bù nhiệt độ môi trờng +Mạch cầu đợc chỉnh cân 00C + Khi nhiệt độ môi trờng t chênh lệch điện áp A B : Ucc t Với hệ số nhiệt nhiệt điện trở ( R0 điện trở nhiệt điện trở U = 00C ) Khi điện áp đợc lấy : Ura = e + U = k Tđo - k.Tmt + Chỉnh cho k = Ucc t mt Ucc Khi Ura = k.Tđo Ta dùng cặp nhiệt điện Platin Platin Rôđi (70% Pt, 30% Rh) + Dải nhiệt nhiệt độ đo 17000C + Điện áp lấy 0- 12,426mV + Độ xác khoảng nhiệt độ ( 8700C 17000C) 0,5% Khuyếch đại điện áp tạo tín hiệu điều khiển Điện áp cỡ mV nên ta phải khuếch đại điện áp.Để khuyếch đại điện áp nhỏ cỡ vài mV lên cỡ V với sai số cho phép ta cần chọn Opamp với thông số chất lợng tốt (offset nhỏ, trở kháng vào lớn.v.v ) Trong trờng hợp ta chọn OPO7 Các thông số OPO7 : + Nguồn nuôi : 3V-> 18V +Tổng trở vào : 30M + Hệ số khuyếch đại :200000 a.Khâu khuếch đại điện áp phản hồi : R3 đợc chọn cho (R3=R1//R2) để triệt tiêu ảnh hởng nhiễu đồng pha b.Tạo điện áp điều khiển : 39 Đồ án điện tử công suất Nguyên lý hoạt động: Mạch khuếch đại đảo có thực hồi tiếp âm tụ C dùng để lọc Ud đợc đặt giá trị âm Uph sau đợc lấy từ cặp nhiệt độ đợc đem kết hợp với điện áp đặt Ud để tạo điện áp Udk cho Uph[...]... bảo phạm vi điều chỉnh góc min - max tơng ứng với điện áp ra của tải mạch lực - Cho phép bộ chỉnh lu làm việc bình thờng với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu nh chế độ khởi động, chế độ nghịch lu, chế độ dòng điện liên tục - Có độ đối xứng xung điều khiển tốt, không vợt quá 10 ữ 30 điện tức là góc điều khiển với mọi van không đợc lệch quá giá trị cho phép - Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy... của lò điện là Pdm = 100 (kw) Tổn hao của lò điện P = 10(kw) Trong thực tế, lò điện có thể coi là hộ tiêu dùng điện loại một, nghĩa là nguồn cung cấp cho lò điện là ổn định Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả cũng nh sự an toàn trong hoạt động của lò điện, ta sẽ chọn một lợng công suất dự trữ cho lò điện đề phòng trờng hợp điện áp nguồn vì một lý do nào đó bị sụt áp Ngoài ra, trong quá trình hoạt động. .. cực tính sức điện động có dấu âm ở phía trên và dấu 33 Đồ án điện tử công suất dơng ở phía dới Sức điện động này có giá trị rất lớn vì nó tỉ lệ với tốc độ giảm của dòng điện di/dt Dòng điện i1 sẽ giảm dần về 0 do tổn hao trên điện trở thuần của cuộn dây và chủ yếu tiêu tán trên sụt áp điôt D 7,D8.Nhờ đó điện áp trên transistor đợc giữ ở mức Un+( UD 7+UD 8) Điện trở mắc nối tiếp từ nguồn và BAX có tác... ổn định và tin cậy khi lới điện xoay chiều giao động cả về giá trị điện áp và tần số - Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt - Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dới 1ms - Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh lu từ phiá điều khiển nếu cần nên ngắt xung điều khiển khi sự cố, thông báo các hiện tợng không bình thờng của lới điện và bản thân bộ chỉnh lu - Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van... điện áp ngợc đặt lên giữa catốt và cực điều khiển tiristo khi điện áp catôt dơng hơn điện áp anôt .Điều này đảm bảo an toàn cho tiếp giáp G-K của tiristo khi van ở chế độ khóa Khi transistor khóa lại dòng collector emitor của nó sẽ bằng 0.Tuy nhiên dòng qua cuộn dây sơ cấp của máy BAX không thể dập tắt đột ngột đợc.Sức điện động tự cảm trên cuộn dây khi đó sẽ đảo chiều theo hớng muốn duy trì dòng điện. .. Nguyên lý hoạt động +E R2 D1 2 OA1 3 U1 U21 U22 Uo R1 R3 D2 u1 0 u2 u0 0 u3 0 Điện áp xoay chiều 220V đợc đa qua mạch chỉnh lu một pha hai nửa chu kỳ Nửa chu kỳ đầu U2 >0 và U21 >0 Đ1 dẫn Nửa chu ký sau U2 0 Đ2 dẫn Ta đợc điện áp U2 nh hình vẽ U2 đợc đa vào cực thuận của OP1 Điều chỉnh R2 để đợc điện áp U0 đa vào cửa đảo Nếu U2 U4 thì điện áp ra là dơng bão hoà, còn khi Uđk < U4 thì điện áp ra U4 là âm bão hoà Điot D5 để lọc phần âm của điện áp U5,... đầu vào dơng của khuyếch đại thuật toán có tín hiệu phản hồi U0 = E R10 duy trì cho khuyếch đại thuật toán nằm trong chế độ bão R10 + R11 hòa dơng Lúc này tụ C2 đợc nạp thông qua điện trở R9 Khi t = t1 , điện áp trên tụ C 2 đạt giá trị +U0 , khuyếch đại thuật toán lật trạng thái và Ur=-Urmax= -E Điện áp trên tụ C2 không thể thay đổi đột ngột và lúc này tụ C2 lại phóng qua điện trở R9 31 Đồ án điện. .. cực đại đi vào colector I cmax = 0,6A Khi đó dòng điều khiển bazơ sẽ có giá trị cực đại bằng I1max =5.4mA là phù hợp với đa số các IC Có thể chọn ổn áp UDZ với Uon= 9V khi đó UCE max=30+ 9+ 1=40 V 6 Khâu tạo nguồn nuôi 34 Đồ án điện tử công suất Ta cần tạo ra nguồn điện áp 15V để cấp cho máy biến áp xung và nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ Ta chọn mạch chỉnh lu cầu... U-) > 0 điện áp ra ở cửa ra của OA là dơng Chọn R4