MỤC LỤC TRANG MỤC LỤC……………………………………………………………………….....1 DANH MỤC HÌNH VẼ……………………………………………………………3 LờI NÓI ĐầU………………………………………………………….….............5 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ 1.1 Giới thiệu chung về lò điện trở………………………………………………...6 1.1.1 Khái niệm……....…………………………………………………...………..6 1.1.2Nguyênlý làm việc của lò điện trở ……………..………………………........6 1.1.3 Những vật liệu làm dây nung……………..………………….……..…….......7 1.1.4 Cấu tạo lò điện trở…………………………………………………...………..7 1.1.5 Phân loại lò điện trở………………………………………………..…………9 1.1.6 Cách loại điện trở thông dụng………………………………………..……...10 1.2 Những vấn đề cần phải lưu ý trong việc thiết kế lò điện trở……….……........12 CHƯƠNG II: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN. 2.1 Xây dựng sơ đồ khối chức năng của mạch…………………………………….16 2.2 Chọn sơ đồ nguyên lý mạch lực………..……………………………….….......17 2.3 Xây dựng sơ đồ mạch điều khiển…………………………………………........19 2.3.1 Mạch điều khiển…………………………………………………………...…20 2.3.2 Cấu trúc mạch điều khiển thyristor……………………………………..…...21 2.3.3 Nguyên tắc điều khiển…………………………………………………..........22 2.3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển…………………………………………....22 2.3.5 Sơ đồ nguyên lý kết hợp mạch động lực và mạch điều khiển……………....23 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHỌN PHẦN TỬ CHO MẠCH 3.1 Những số liệu cần thiết ban đầu……………….…………………………..…..25 3.2 Tính chọn vật liệu sợi đốt…………………………………………………..….27 3.3 Tính chọn công suất cho lò điện…………………………………………….....29 3.3.1 Tính chọn mạch lực……………………………………………………….....29 3.3.2 Tính toán mạch điều khiển………………………………………….…..…....34 3.3.3 Sơ đồ nguyên lý một kênh điều khiển…………………………..............…....45 KẾT LUẬN.……………………………………………..………………………....48 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….49
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN MẠNH HƯNG
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐINH VĂN THẮNG
HÀ NỘI, 2017
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Nguyễn Mạnh Hưng
Ngành: Điện-Điện tử Hệ đào tạo: Chính qui
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ CHO LÒ ĐIỆN
TRỞ 3 PHA CÔNG SUẤT LỚN
-………
………
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đinh Văn Thắng.
Chủ nhiệm Bộ môn: PGS.TS Nguyễn Thạc Khánh.
HÀ NỘI, 2017
Trang 3MỤC LỤC
TRANG
MỤC LỤC……… 1
DANH MỤC HÌNH VẼ………3
LỜI NÓI ĐẦU……….… 5
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ 1.1 Giới thiệu chung về lò điện trở……… 6
1.1.1 Khái niệm…… ……… ……… 6
1.1.2 Nguyên lý làm việc của lò điện trở ……… ……… 6
1.1.3 Những vật liệu làm dây nung……… ……….…… …… 7
1.1.4 Cấu tạo lò điện trở……… ……… 7
1.1.5 Phân loại lò điện trở……… …………9
1.1.6 Cách loại điện trở thông dụng……… …… 10
1.2 Những vấn đề cần phải lưu ý trong việc thiết kế lò điện trở……….…… 12
CHƯƠNG II: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN 2.1 Xây dựng sơ đồ khối chức năng của mạch……….16
2.2 Chọn sơ đồ nguyên lý mạch lực……… ……….… 17
2.3 Xây dựng sơ đồ mạch điều khiển……… 19
2.3.1 Mạch điều khiển……… …20
2.3.2 Cấu trúc mạch điều khiển thyristor……… … 21
2.3.3 Nguyên tắc điều khiển……… 22
2.3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển……… 22
2.3.5 Sơ đồ nguyên lý kết hợp mạch động lực và mạch điều khiển……… 23
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHỌN PHẦN TỬ CHO MẠCH 3.1 Những số liệu cần thiết ban đầu……….……… … 25
3.2 Tính chọn vật liệu sợi đốt……… ….27
3.3 Tính chọn công suất cho lò điện……… 29
Trang 43.3.1 Tính chọn mạch lực……… 29
3.3.2 Tính toán mạch điều khiển……….… … 34
3.3.3 Sơ đồ nguyên lý một kênh điều khiển……… … 45
KẾT LUẬN.……… ……… 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO……….49
Trang 5DANH MỤC HÌNH VẼ
TRANG
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý: a-Lò nung nóng trực tiếp b-Lò nung nóng gián tiếp….5
Hình 1.2 a-Lò điện trở SX-12-10 b-Dây nung………7
Hình 1.3 Kết cầu của lò buồng……… 9
Hình1.4 Lò chụp ……… ………… 10
Hình1.5 Lò muối ……… … 11
Hình1.6 Lò giếng……….,,, 11
Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát và chức năng mạch điện lò điện trở ………… …16
Hình 2.2 Sơ đồ nối sao có dây trung tính……….………17
Hình 2.3 Giản đồ cấu trúc mạch điều khiển……… 19
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 1 kênh.……… 22
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý kết hợp mạch động lực và điều khiển……… 24
Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực của hệ thống……….,,,26
Hình 3.2 Mạch bảo vệ quá dòng……… ……26
Hình 3.3 Đồ thị thể hiện quá trình biền thiên a, Điện áp b, Dòng điện trên van…27 Hình 3.4 Mạch bảo vệ quá áp……… ……28
Hình 3.5 Sơ đồ mạch lực khi đã có các thiết bị bảo vệ dòng và áp………, 29
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển 1 kênh……… 30
Hình 3.7 Sơ đồ khâu đồng pha……….31
Hình 3.8 Sơ đồ khâu tạo điện áp tựa( dạng răng cưa)……….32
Hình 3.9 Sơ đồ khâu so sánh………33
Hình 3.10 Sơ đồ khâu phát xung chùm………34
Hình 3.11 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm dùng cổng AND………35
Hình 3.12 Sơ đồ khuếch đại xung và biến áp xung……….36
Hình 3.13 Sơ đồ đo nhiệt độ trong lò lấy tín hiệu ra là Et………,.40
Hình 3.14 Sơ đồ khâu khuếch đại điện áp phản hồi……… 41
Hình 3.14 Sơ đồ mạch điều khiển một kênh……… ,42
Hình 3.16 Giản đồ điện áp ra một kênh………,,.43
Trang 6Hình 3.17 Sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển của lò điện trở……… ….44
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 Kích thước dây đốt với nhiệt độ làm việc trong lò 400-500 ()……… 25Bảng 2 : Bảng thông số van……… 27Bảng 3: Thông số thyristor……… 37
Trang 7LỜI NÓI ĐẦU
Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày ,năng lượng nhiệt đóngmột vai trò rất quan trọng Năng lượng nhiệt có thể được dùng để nung nóng,sấy …
Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lượng này một cách hợp lý và có hiệu quả là rấtcần thiết Lò điện trở được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng đượcnhiều yêu cầu thực tiễn đặt ra Ở lò điện điện trở,yêu cầu kĩ thuật quan trọng nhất làphải điều chỉnh và khống chế được nhiệt độ của lò Đây cũng chính là yêu cầu của
đồ án tốt nghiệp mà em đã được giao
Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ đạo tần tình của các thầy côgiáo trong ngành Điện-Điện Tử trường Đại học Mỏ-Địa Chất, em đã kết thúc khoáhọc và tích luỹ được vốn kiến thức nhất định Được sự đồng ý của nhà trường và
các thầy cô giáo trong khoa em đã được giao đề tài tốt nghiệp:” thiết kế bộ điều khiển và khống chế nhiệt độ cho lò điện trở 3 pha công suất lớn”
Đồ án tốt nghiệp của em gồm 3 chương:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về lò điện trở
Chương 2: Lựa chọn sơ đồ mạch điện của lò điện trở
Chương 3: Tính chọn các phần tử mạch lực của lò điện trở
Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Thắng, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ chuyên môn còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để đồ án này ngày càng hoàn thiện hơn nữa
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Thắng, các thầy cô
giáo trong bộ môn đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực hiện NGUYỄN MẠNH HƯNG
Trang 8CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ
1.1. Giới thiệu chung về lò điện trở
1.1.1, Khái niệm
Lò điện trở là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng thông quadây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt qua bức xạ, đối lưu và truyền nhiệt dẫn nhiệt,nhiệt năng được 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 của lò điện trở
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý a-Lò nung nóng trực tiếp b-Lò nung nóng gián tiếp
1-Vật liệu nung nóng trực tiếp 5-Dây đốt (dây điện trở)
2- Cầu dao 6- Vật liệu nung nóng gián tiếp
Trang 9Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò:Vật nung(Trường hợpnày gọi là nung trực tiếp), Dây nung; khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyềnnhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp (Trường hợp nàygọi là nung gián tiếp)
-Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạngđơn giản (tiết diện chữ nhật, vuông hoặc tròn)
-Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp
Cho nên nói đến lò điện trở không thể không đề cập đến vật liệu làm dây nung,
bộ phận làm phát nhiệt của lò
1.1.3, Những vật liệu dùng làm dây nung
a) Yêu cầu của vật làm dây nung:
Trong lò điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệtnăng thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải làm từ vật liệu thỏa mãn các yêucầu sau:
- Chịu được nhiệt độ cao
- Độ bền cơ khí lớn
- Có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dài khó bố trí trong
lò hoặc tiết diện dây nhỏ, không bền)
- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (vì điện trở sẽ ít thay đổi theo nhiệt độ, đảm bảocông suất lò)
- Chậm hóa già (tức là dây đốt ít bị biến đổi theo thời gian, do đó đảm bảotuổi thọ của lò)
b) Vật liệu làm dây đốt
- Hợp kim: Cr - Ni, Cr - Al… với lò có nhiệt độ làm việc dưới 12000C
- Hợp chất: SiC, MoSi2 … với lò có nhiệt độ làm việc 12000C ÷ 16000C
- Đơn chất: Mo, W, C (graphit)…với lò điện trở làm việc cao hơn 16000C
Do đó căn cứ vào khoảng nhiệt độ làm việc để chọn vật liệu làm dây đốt cho phùhợp
Trang 10Trong đồ án này đòi hỏi nhiệt độ 400 – 500 0C nên chọn vật liệu làm dây đốt làhợp kim Cr - Ni có thành phần hóa học là 20 – 23%Cr, 75 – 78%Ni, còn lại là Fe vàcác chất khác
1.1.4, Cấu tạo lò điện trở
Lò điện trở thông thường gồm ba phần chính :- Vỏ lò
Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, còn đốivới các lò điện trở bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổng thất nhiệt vàtránh sự lùa của không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò
Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có thể làm vỏ lò không bọc kín
Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chịu được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò (vậtnung) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò
Vỏ lò hình chữ nhật thường dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung…
Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp…
Trang 11Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi cùng mộtlượng kim loại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng théptấm dày:
Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và tán
Lớp lót lò điện trở gồm hai phần: vật liệu chịu lửa và cách nhiệt
- Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hìnhđặc biệt tùy theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò Cũng có khi người
ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính dết gọi là các khối đầm Khốiđầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ở ngoài nhờ các khuôn Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò
+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc
+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điềukiện làm việc
+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn
+ Có đủ độ bền hóa học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển lò vàảnh hưởng của vật nung
+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu Điều này đặc biệt quan trọng đối với
lò làm việc chu kỳ
- Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa Mục đíchchủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt
Trang 12đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói chung không yêucầu.
Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là:
+ Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu
+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu
+ Ổn định về tính chất vật lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định
Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cáchnhiệt
c)Dây nung
Theo các đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung ralàm hai loại: +Dây nung kim loại
+Dây nung phi kim loại
Trong công nghiệp, các lò điện trở dùng phổ biến là 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 của lò:
Trang 131.1.6, Các loại lò điện trở thông dụng.
Các lò điện trở hiện dùng ở Việt Nam có nhiều kiểu, loại, nguồn gốc khác
nhau Đa phần là của Nga, một số khác của Đức, Hungari Séc…và một số lò thínghiệm hoặc lò công suất nhỏ dùng sấy, nung, nhiệt luyện của Mỹ, Pháp, Ý, Nhật,Trung Quốc… Một số lò là do Việt Nam thiết kế, chế tạo theo tiêu chuẩn của Nga
Lò buồng là loại lò phổ biến nhất vì có thể sử dụng vào nhiều mục đích khácnhau
Hình 1.3 Kết cấu của lò buồng.
Trang 14
Buồng lò có kết cấu hình chữ nhật với kích thước tuỳ theo công suất lò Lớp áo 4của buồng lò được xây bằng gạch chịu lửa và có nhiều lớp Lớp ngoài cùng bằnggạch Samot hay bột Samot có tính cách nhiệt cao Bọc ngoài là vỏ tôn dày từ 5 – 10
mm Đáy lò bằng thép chịu nhiệt đúc liền hoặc ghép lại từ những miếng nhỏ hoặcxây dựng bằng gạch chịu lửa Dây đôt 5 đặt ở thành xung quanh buồng lò và có thể
bố trí cả ở phía đáy lò và đỉnh lò Đầu dây đốt đưa qua lò qua ốc nối 2 Phía của lòcòn có lỗ thăm để quan sát trong lò, có cửa khí 6 để dẫn khí bảo vệ vào lò( dokhông khí thâm nhập vào buồng lò qua cửa lò, gây hiện tượng oxy hoá, thoátcacbon của vật gia nhiệt) Đỉnh lò có đầu đo nhiệt độ, cơ cấu đóng mở của lò 1 +)Một số loại lò điện trở thông dụng:
- Lò chụp:
Hình 1.4 Lò chụp
1.Khung chụp; 2 Lớp lót; 3.Khung bệ; 4 Lớp lót bệ; 5,6 Dây đốt ở chụp;
7 Dây đốt trên bệ; 8 Múp lò; 9 Cửa khí; 10 Nhiệt kế
Trang 16Gồm có các bộ phận sau:
1,Cơ cấu nắp quay 2,Nắp 3,Vỏ lò 4,Lớp lót 5,Các tấm dẫn hướng khí 6,Giỏ lò 7,Tấm đáy lò 8,Dây đốt 9,Đầu kiểm tra khí 10,Cửa khí 11,Đầu đo nhiệt
Trang 171.2 Những vấn đề cần phải lưu ý trong việc thiết kế lò điện trở.
a)Hợp lý về công nghệ
Hợp lý về công nghệ là cấu tạo lò không những phù hợp với quá trình côngnghệ yêu cầu mà còn tính đến khả năng sử dụng nó đối với quá trình công nghệkhác nếu như không làm phức tạp quá trình gia công và làm tăng giá thành mộtcách rõ rệt Cấu trúc lò đảm bảo được các điều kiện như thế mới coi là hợp lý nhất.Điều này đặc biệ quan trọng trong khi nhu cầu về lò điện trở vượt xa khả năng sảnxuất ra nó
b) Hiệu quả về kĩ thuật
Hiệu quả về kĩ thuật là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu khi cácthông số nó xác định( kích thước ngoài, công suất, trọng lượng giá thành v.v…) Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một đơn vịcông suất định mức, suất tiêu hao điện để nung v.v…là các chỉ tiêu cơ bản của hiệuquả kĩ thuật Còn đối với từng phần riêng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹthuật được đánh giá bằng công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v.v… ứng vớitrọng lượng, kích thước hoặc giá thành kết cấu
Một trong những chỉ tiêu về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận đó của
lò điện là khả năng thay thế nhanh hoặc khả năng dự trữ lớn khi lò làm việc bìnhthường Theo quan điểm chắc chắn, trong thiết bị cần chú ý đến các bộ phận quantrọng nhất, quyết định sự làm việc liên tục của lò Thí dụ : dây nung, băng tải v.v…
Trang 18d) Tiện lợi khi sử dụng
Tiện lợi khi sử dụng là yêu cầu
- Số nhân viên phục vụ tối thiểu
- Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sức lực và sự dẻodai của nhân viên phục vụ
- Số lượng các thiết bị hiếm và quý bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu
- Bảo quản dễ dàng Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị thuậnlợi
- Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh vàtuyệt đối an toàn
e) Rẻ và đơn giản khi chế tạo
Về mặt này như sau:
- Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu quý và hiếm (các kim loạimàu, các hợp kim có hàm lượng niken cao…)
- Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phải sao cho ngày công
ít nhất và tận dụng các thiết bị, dụng cụ thông thường có sẵn trong các nhà máy chếtạo gia công
- Các vật liệu và thiết bị yêu cầu để chế tạo phải ít nhất
- Sử dụng tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàng đổi lẫn vàthuận tiện khi lắp ráp
- Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo (đúc, hàn,dập) Bỏ các chi tiết và các khâu gia công cơ khí không hợp lý
Việc gia công lần chót như sơn có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hình dáng
bề ngoài của lò điện Song cũng cần tránh sự trang trí không cần thiết
Trang 19CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN CỦA LÒ ĐIỆN TRỞ.
2.1 Sơ đồ khối chức năng của mạch điện của lò điện trở.
Ta có sơ đồi khối chức năng:
Khối điều khiển công suất (khối đóng ngắt)
Tải Nguồn
AC 3 pha
Khối điều khiển
Trang 20Hình 2.1 Sơ đồ khối chức năng mạch điện lò điện trở.
Trong sơ đồ khối chức năng của mạch điện của lò điện trở gồm có các khâuchính sau:
+ Khối nguồn AC 3 pha:
- Nguồn cung điện lưới 3 pha cấp điện cho lò điện
- Bảo vệ quá dòng, ngắt nguồn điện cấp điện khi điện áp đầu vào tăng cao
+ Khối điều khiển công suất ( khối đóng ngắt ): Dùng để điều khiển đóng ngắt
hoặc thay đổi điện áp xoay chiều ra tải
Nguyên tắc điều chỉnh của khối điều áp là điều chỉnh góc mở của van bándẫn
+ Khối điều khiển: Thực hiện chức năng điều chỉnh và ổn định nhiệt độ của lò
điện trở, bằng cách dựa trên tín hiệu đo nhiệt độ lò mà thực hiện khống chế côngsuất điện đưa vào lò Gồm 3 khối:
- Khối điều khiển xung pha
- Khối tổng hợp tín hiệu điều khiển
- Khối bảo vệ quá dòng
2.2 Chọn sơ đồ nguyên lý mạch động lực.
Vì tải là thuần trở nên để tiện dụng ta sử dụng bộ biến đổi xung áp xoay chiều
ba pha cho mạch lực
Với các phần tử bảo vệ mạch lực:
- Bảo vệ quá trình cho Van (sử dụng RC mắc song song với Van)
- Bảo vệ tốc độ tăng dòng di/dt (sử dụng cuộn cảm L)
Do giả định lò điện trở có công suất định mức là 40KW, ta lựa cho bộ điều
chỉnh điện áp ba pha đấu sao có dây trung tính
+) Sơ đồ nguyên lý mạch lực
Trang 21Hình 2.2 Sơ đồ điện áp ba pha đấu sao có dây trung tính.
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Nếu bộ biến đổi xung áp ba pha được ghép từ ba bộ biến đổi một pha và códây trung tính thì dòng qua mỗi pha sẽ không phụ thuộc vào dòng của các pha khác
Vì vậy, ta có thể thực hiện điều khiển riêng biệt từng pha, tải có thể đối xứng hoặckhông đối xứng Do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ vì điện áp đặt vào van bándẫn là điện áp pha Các biểu thức tính α, λ, φ tương tự như trong sơ đồ một pha Khi tăng góc điều chỉnh α sẽ làm giảm thời gian dẫn dòng qua thyristor Ứngvới một giá trị α nào đó, dòng trong một pha sẽ giảm về 0 trước khi mở thyristorcủa pha sau Như vậy sẽ xuất hiện những khoảng thời gian không có dòng tải vàkhoảng dẫn của thyristor sẽ giảm đến giới hạn nhỏ hơn
2.3 Xây dựng sơ đồ mạch điều khiển.
Trang 222.3.1, Mạch điều khiển.
Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi thyristor ( tạo ra cácxung vào những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưuthyristor).Chính vì vậy mà nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng
và độ tin cậy của bộ biến đổi
Các yêu cầu đối với mạch điều khiển:
+ Phát xung điều khiển (xung để mở van) đến các van lực theo đúng pha vàvới góc điều khiển α cần thiết
+ Đảm bảo phạm vi góc điều chỉnh αmin ÷ αmax tương ứng với phạm vi thay đổiđiện áp tải của mạch lực
+ Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tảiyêu cầu như chế độ khởi động, chế độ nghịch lưu, các chế độ dòng điện liên tục haygián 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 điềukhiển 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 giátrị điện áp và tần số
+ Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt
+ Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1 ms
+ Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh lưu từ phía điều khiển, nếu cần,như ngắt xung điều khiển khi sự cố, thông báo các hiện tượng không bình thườngvới lưới và bản thân bộ chỉnh lưu,…
+ Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở chắc chắnvan, có nghĩa là phải thỏa mãn các yêu cầu:
- Đủ công suất thể hiện ở điện áp và dòng điều khiển Uđk, Iđk
- Có sườn xung dốc đứng để mở van chính xác vào thời điểm quy định,thường tốc độ tăng áp điều khiển phải đạt 10 V/μs, tốc độ tăng dòng điều khiển 0,1A/μs
- Độ qua xung điều khiển đủ cho dòng qua van kịp vượt trị số dòngđiện duy trì Idt của nó, để khi ngắt xung van vẫn giữ được trạng thái dẫn
- Có dạng phù hợp với sơ đồ chỉnh lưu và tính chất tải
2.3.2, Cấu trúc mạch điều khiển Thyristor.
Trang 23ĐB Utựa SS DX KĐX Ulực
Uđk
Hình 2.3 Giản đồ cấu trúc mạch điều khiển
+, Khâu đồng pha (DF)
Tạo điện áp trùng pha với điện áp thứ cấp của biến áp mạch lực và cách lyđiện áp cao phía mạch lực và mạch điều khiển điện áp thấp
+, Khâu tạo điện áp tựa ( tạo điện áp răng cưa Urc)
Tạo điện áp răng cưa có chu kì làm việc theo chu kì của điện áp đồng pha+, Khâu so sánh (SS)
So sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển, tìm thời điểm hai điện ápnày bằng nhau để phát xung điều khiển, tức là xác định được góc α
+, Khâu dạng xung (DX)
Tạo ra xung phù hợp để mở chắc chắn van chỉnh lưu, hiện nay người tathường sử dụng xung chùm
+, Khâu khuếch đại xung (KĐX)
Thường dùng biến áp xung nhằm khuếch đại tín hiệu xung và cách ly giữamạch lực và mạch điều khiển
+, Khâu bảo vệ quá dòng
Khi dòng điện lớn hơn dòng cho phép(hoặc lớn hơn 1 giá trị cho trước), ngắtxung để bảo vệ quá dòng
+, Khâu kết thúc quá trình khởi động
Khi Uđk = Uđkmax và Iđc < I* thì kết thúc quá trình khởi động, đóng CTT nốitrực tiếp động cơ vào lưới điện
Thay đổi Uđk có thế điều chỉnh được vị trí xung điều khiển tức là có thể điều chỉnhđược góc α
2.3.3, Nguyên tắc điều khiển
Có 2 nguyên tắc:
A, Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.
Uđk + Ut đưa đến đầu vào của 1 khâu so sánh bằng cách làm biến đổi Uđk ta có thểđiều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung tức là điều chỉnh được góc α
Khi Uđk = 0 thì α = 0
Khi Uđk < 0 thì α > 0
Quan hệ giữa α và Uđk như sau: α =
Trang 24Ta lấy đkmax = Utmax
B, Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccor.
Nguyên tắc này dùng 2 điện áp :
Điện áp đồng bộ Ut vượt trước điện áp A-K của thyristor một góc bằng ( nếu
UAK = Asinωt thì Ut = Bcosωt )
UAK có thể điều khiển được theo hai hướng dương và âm
Uđk + Ut được đưa đến đầu khâu so sánh Khi Uđk + Ut = 0 ta nhận được mộtxung ở đầu ra ở khâu so sánh
Uđk + Bcosα = 0
→ α = arccos() Thường lấy B = Uđkmax
2.3.4, Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển một kênh.
Trang 25Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 1 kênh Nguyên lý hoạt đông:
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động mạch được đưa đến mạch đồng pha Đầu ra của mạch đồng pha có các điện áp thường là dạng hình sin, cùng tần số và cóthể lệch pha một góc xác định với điện áp nguồn, gọi là điện áp đồng pha Các điện
áp đồng pha được đưa vào phát điện áp răng cưa( mạch khuếch đại thuật toán OA) Đầu ra của điện áp răng cưa được đưa vào đầu của khâu so sánh Tại đó có một tín hiệu khác là điện áp phản hồi tương đương với nhiệt độ của lò
Tín hiệu đầu ra của khâu so sánh là các xung xuất hiện với chu kì bằng chu kì
Urc Xung răng cưa có hai sườn trong đó có một sườn tại đó │Urc│= │Udk│ thì đầu
ra khối xuất hiện một xung điện áp, sườn đó là sườn sử dụng Vậy có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi Udk khi giữ
nguyên dạng Urc Nhưng đa số tín hiệu ra của khối so sánh chưa đủ yêu cầu cần thiết, ta cần phải thực hiện việc khuếch đại và sửa xung…Đầu ra mạch tạo xung sẽ thu được chuỗi xung điều khiển Thyristor có đủ yêu cầu về công suất, độ dốc, độ dài…
Thời điểm bắt đầu thực hiện các xung hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đâu ra khối so sánh Khối so sánh xác định được góc điều khiển α
Thay đổi Udk có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển tức là điều chỉnh được góc α
2.3.5, Sơ đồ nguyên lý kết hợp mạch động lực và mạch điều khiển.
Do mạch là mạch 3pha, 6 kênh điều khiển là giống nhau nên ta chỉ cần xét 1 kênhđiều khiển của pha A
Nguồn điện áp đầu vào là điện áp 3pha 5 dây, 380V/50Hz được bảo vệ chống sự cốquả tải/ngắn mạch bằng MCCB Dây PE với vỏ lò và sử dụng làm nối đất chungcho toàn hệ thống
Nguồn AC, DC cho mạch điều khiển là nguồn AC 220V lấy trực tiếp từ các phatương ứng thông qua MBA cách ly/mạch chỉnh lưu DC
Ta có sơ đồ nguyên lý kết hợn mạch động lực và mạch điều khiển