Đồ án: Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lá điện trở

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------ ĐỒ ÁN Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lá điện trở BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MễN HỌC ĐỀ TÀI ĐIỀU CHỈNH VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ Lề ĐIỆN TRỞ 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế bộ điều chỉnh và tự động khống chế nhiệt độ lũ điện trở 2. Người thực hiện : Họ và tờn Tạ Doón Hải Bằng Lớp Tự Động Hoỏ 1 Khoỏ 43 Giỏo viờn hướng dẫn Phạm Quốc Hải Năm thực hiện : 2001 3. Ngày giao đồ ỏn mụn học : 4. Ngày hoàn thành đồ ỏn : Ngày thỏng năm GIÁO VIấN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rừ họ tờn ) Kết quả điểm đỏnh giỏ : - Quỏ trỡnh thiết kế : - Điểm duyệt : - Điểm bảo vệ : THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MễN HỌC ĐỀ TÀI ĐIỀU CHỈNH VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ Lề ĐIỆN TRỞ 1. Cỏc số liệu cho trước : Nhiệt độ lũ 400 - 600 ( C) 0 Cụng suất định mức 40 ( kW ) Tổn hao nhiệt 10 ( kW ) Điện ỏp nguồn lưới 3*380 ( V ) 2. Nội dung cỏc phần thuyết minh và tớnh toỏn : Chương 1 Giới thiệu chung về lũ điện trở Chương 2 Giới thiệu về mạch điều ỏp xoay chiều ba pha Chương 3 Thiết kế và tớnh toỏn mạch lực Chương 4 Thiết kế và tớnh toỏn mạch điều khiển Kết luận 3. Cỏc bản vẽ : Bản vẽ tổng thể toàn bộ sơ đồ nguyờn lý mạch thiết kế (cả mạch lực và mạch điều khiển ) trờn giấy vẽ kỹ thuật khổ A2. MỤC LỤC Lời mở đầu . 1 Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyờn lý làm việc của lũ điện 2 1. Giới thiệu chung về lũ điện . 2. Giới thiệu chung về lũ điện trở . 3. Cấu tạo lũ điện trở . Chương 2: Giới thiệu chung về mạch điều ỏp xoay chiều ba pha 1. Mạch điều ỏp xoay chiều . 2. Quan hệ giữa gúc điều khiển và cụng suất ra tải . Chương 3: Thiết kế và tớnh toỏn mạch lực 1. Tớnh toỏn chọn van bỏn dẫn 2. Tớnh toỏn bảo vệ van bỏn dẫn . Chương 4: Thiết kế và tớnh toỏn mạch điều khiển . 1. Nguyờn lý chung của mạch điều khiển 2. Thiết kế và tớnh toỏn mạch điều khiển 2-1. Khõu đồng pha . 2-2. Khõu tạo điện ỏp răng cưa (U tựa ) . 2-3. Khõu so sỏnh . 2-4. Khõu phỏt xung chựm . 2-5. Chọn cổng AND 2-6. Khõu khuếch đại xung và biến ỏp xung 2-7. Khõu phản hồi 2-8. Khối nguồn Kết luận . Tài liệu tham khảo . LỜI NểI ĐẦU Trong thực tế cụng nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lượng nhiệt đúng một vai trũ rất quan trọng. Năng lượng nhiệt cú thể được dựng để nung núng, sấy khụ . Vỡ vậy việc sử dụng nguồn năng lượng này một cỏch hợp lý và cú hiệu quả là rất cần thiết. Lũ điện trở được ứng dụng rất rộng rói trong cụng nghiệp vỡ đỏp ứng được nhiều yờu cầu thực tiễn đặt ra. Ở lũ điện trở, yờu cầu kĩ thuật quan trọng nhất là phải điều chỉnh và khống chế được khiệt độ của lũ. Đõy cũng chớnh là yờu cầu của đồ ỏn mụn học điện tử cụng suất mà em đó được giao. Đồ ỏn đó được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tỡnh của thầy giỏo Phạm Quốc Hải. Đồ ỏn được chia thành ba phần chớnh sau: 1. Giới thiệu sơ lược về cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của lũ điện và lũ điện trở. 2. Thiết kế và tớnh toỏn mạch lực. 3. Thiết kế và tớnh toỏn mạch điều khiển. CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYấN Lí LÀM VIỆC CỦA Lề ĐIỆN I-Giới thiệu chung về lũ điện 1 - Định nghĩa Lũ điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dựng trong cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ khỏc nhau như nung hoặc nấu luyện cỏc vật liệu, cỏc kim loại và cỏc hợp kim khỏc nhau v.v . - Lũ điện được sử dụng rộng rói trong cỏc lĩnh vực kỹ thuật : + Sản xuất thộp chất lượng cao + Sản xuất cỏc hợp kim phe-rụ + Nhiệt luyện và hoỏ nhiệt luyện + Nung cỏc vật phẩm trước khi cỏn, rốn dập, kộo sợi + Sản xuất đỳc và kim loại bột - Trong cỏc lĩnh vực cụng nghiệp khỏc : + Trong cụng nghiệp nhẹ và thực phẩm, lũ điện được dựng để sất, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm + Trong cỏc lĩnh vực khỏc, lũ điện được dựng để sản xuất cỏc vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, cỏc loại vật liệu chịu lửa v.v . Lũ điện khụng những cú mặt trong cỏc ngành cụng nghiệp mà ngày càng được dựng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cỏch phong phỳ và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bỡnh đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v . 2 - Ưu điểm của lũ điện so với cỏc lũ sử dụng nhiờn liệu Lũ điện so với cỏc lũ sử dụng nhiờn liệu cú những ưu điểm sau : - Cú khả năng tạo được nhiệt độ cao - Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao - Đảm bảo nung đều và chớnh xỏc do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ - Kớn - Cú khả năng cơ khớ hoỏ và tự động hoỏ quỏ trỡnh chất dỡ nguyờn liệu và vận chuyễn vật phẩm - Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tỏc tốt, thiết bị gọn nhẹ 3 - Nhược điểm của lũ điện - Năng lượng điện đắt - Yều cầu cú trỡnh độ cao khi sử dụng II-Giới thiệu chung về lũ điện trở 1 - Nguyờn lý làm việc của lũ điện trở Lũ điện trở làm việc dựa trờn cơ sở khi cú một dũng điện chạy qua một dõy dẫn hoặc vật dẫn thỡ ở đú sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun- Lenxơ : Q=I 2 RT Q - Lượng nhiệt tớnh bằng Jun (J) I - Dũng điện tớnh bằng Ampe (A) R - Điện trở tớnh bằng ễm T - Thời gian tớnh bằng giõy (s) Từ cụng thức trờn ta thấy điện trở R cú thể đúng vai trũ : - Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp - Dõy nung : Khi dõy nung được nung núng nú sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung giỏn tiếp. Trường hợp thứ nhất ớt gặp vỡ nú chỉ dựng để nung những vật cú hỡnh dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuụng và trũn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế cụng nghiệp. Cho nờn núi đến lũ điện trở khụng thể khụng đề cập đến vật liều để làm dõy nung, bộ phận phỏt nhiệt của lũ. 2 - Những vật liệu dựng làm dõy nung a) - Yờu cầu của vật liệu dựng làm dõy nung Dõy nung là bộ phận phỏt nhiệt của lũ, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt do đú đũi hỏi phải đảm bảo cỏc yều cầu sau : + Chịu núng tốt, ớt bị ụxy hoỏ ở nhiệt độ cao + Phải cú độ bền cơ học cao, khụng bị biến dạng ở nhiệt độ cao + Điện trở suất phải lớn + Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ + Cỏc tớnh chất điện phải cố định hoặc ớt thay đổi + Cỏc kớch thước phải khụng thay đổi khi sử dụng + Dễ gia cụng, dễ hàn hoăc dễ ộp khuụn b)- Dõy nung kim loại Để đảm bảo yờu cầu của dõy nung, trong hầu hết cỏc lũ điện trở cụng nghiệp, dõy nung kim loại đều được chế tạo bằng cỏc hợp kim Crụm-Nhụm và Crụm-Niken là cỏc hợp kim cú điện trở lớn. Cũn cỏc kim loại nguyờn chất được dựng để chế tạo dõy nung rất hiếm vỡ cỏc kim loại nguyờn chất thường cú những tớnh chất khụng cú lợi cho việc chế tạo dõy nung như : + Điện trở suất nhỏ + Hệ số nhiệt điện trở lớn + Bị ụxy hoỏ mạnh trong mụi trường khớ quyễn bỡnh thường Dõy nung kim loại thường được chế tạo ở dạng trũn và dạng băng c) - Dõy nung phi kim loại Dõy nung phi kim loại dựng phổ biến là SiC, grafit và than. III-Cấu tạo lũ điện trở I- Những yờu cầu cơ bản đối với cấu tạo lũ điện 1 - Hợp lý về cụng nghệ Hợp lý về cụng nghệ cú nghĩa là cấu tạo lũ khụng những phự hợp với quỏ trỡnh cụng nghệ yờu cầu mà cọn tớnh đến khả năng sử dụng nú đối với quỏ trỡnh cụng nghệ khỏc nếu như khụng làm phức tạp quỏ trỡnh gia cụng và làm tăng giỏ thành một cỏch rừ rệt. Cấu trỳc lũ đảm bảo được cỏc điều kiện như thế mới coi là hợp lý nhất. Điều này đặc biệt quan trọng trong khi nhu cầy về lũ điện vượt xa khả năng sản xuất ra nú. 2 - Hiệu quả về kỹ thuật Hiệu quả về kỹ thuật là khả năng biểu thị hiờu suất cực đại của kết cấu khi cỏc thụng số của nú xỏc định ( kớch thước ngoài, cụng suất, trọng lượng giỏ thànhv.v . ). Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trờn một đơn vị cụng suất định mức, suất tiờu hao điện để nung v.v . là cỏc chỉ tiờu cở bản của hiệu quả kỹ thuật. Cũn đối với từng phần riờng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹ thuật được đỏnh giỏ bằng cụng suất dẫn động, mụ men xoắn, lực v.v . ứng với trọng lượng, kớch thước hoặc giỏ thành kết cấu. 3 - Chắc chắn khi làm việc Chắc chắn khi làm việc là một trong những chỉ tiờu quan trọng nhất của chất lượng kết cấu của cỏc lũ điện. Thường cỏc lũ điện làm viờc liờn tục trong một ca, hai ca và ngay cả ba ca một ngày. Nếu trong khi làm việc, một bộ phận nào đú khụng hoàn hảo sẽ ảnh hưởng đến quỏ trỡnh sản suất chung. Điều này đặc biệt quan trọng đối với cỏc lũ điện làm việc liờn tục trong dõy chuyền sản xuất tự động. Ngay đối với cỏc lũ điện làm việc chu kỳ, lũ ngừng cũng làm thiệt hại rừ rệt cho sản xuất vỡ khi ngừng lũ đột ngột ( nghĩa là phỏ huỷ chế độ làm việc bỡnh thường vủa lũ ) cú thể dẫn đến làm hư hỏng sản phẩm, lóng phớ nguyờn vật liờu và làm tăng giỏ thành sản phẩm. Một chỉ tiờu phụ về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận đú của lũ điện là khả năng thay thế nhanh hoặc khả nằng dự trữ lớn khi lũ làm việc bỡnh thường. Theo quan điểm chắc chắn, trong thiết bị cần chỳ ý đến cỏc bộ phận quan trọng nhất, quyết định sự làm việc liờn tục của lũ. Thớ dụ : dõy nung, băng tải v.v . 4 - Tiện lợi khi sử dụng Tiện lợi khi sử dụng nghĩa là yờu cầu - Số nhõn viờn phục vụ tối thiểu - Khụng yờu cầu trỡnh độ chuyờn mụn cao, khụng yờu cầu sức lực và sự dẻo dai của nhõn viờn phục vụ. - Số lượng cỏc thiết bị hiếm và quớ bị hao mũn nhanh yờu cầu tối thiểu - Bảo quản dễ dàng. Kiểm tra và sửa chữa tất cả cỏc bộ phận của thiết bị thuận lợi. - Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và tuyệt đối an toàn. 5 - Rẻ và đơn giản khi chế tạo Về mặt này yờu cõu như sau : - Tiờu hao vật liệu ớt nhất, đặc biệt là cỏc vật liệu quớ và hiếm ( cỏc kim loại mầu, cỏc hợp kim cú hàm lượng niken cao v.v . ) - Cụng nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phải sao cho ngày cụng ớt nhất và tận dụng đưọc cỏc thiết bị, dụng cụ thụng thường cú sẵn trong cỏc nhà mỏy chế tạo để gia cụng. - Cỏc loại vật liệu và thiết bị yờu cầu để chế tạo phải ớt nhất. - Sử dụng đến mức tối đa cỏc kết cấu giống nhau và cựng loại để dễ dàng đổi lẫn và thuận tiện khi lắp rỏp. - Chọn hợp lý cỏc dạng gia cụng để phự hợp với điều kiện chế tạo ( đỳc, hàn, dập ). Bỏ cỏc chi tiết và cỏc khõu gia cụng cơ khớ khụng hợp lý. 6 - Hỡnh dỏng bề ngoài đẹp Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, cỏc khõu và cỏc chi tiết phải cú hỡnh dỏng và tỷ lệ cỏc cạnh phự hợp, dễ coi. Tuy vậy cũng cần chỳ ý rằng, độ bền của kết cấu khi trọng lượng nhỏ và hỡnh dỏng bề ngoài đẹp cú quan hệ khăng khớt với nhau. Việc gia cụng lần chút như sơn cú vai trũ đặc biệt quan trọng đối với hỡnh dỏng bề ngoài của lũ điện. Song cũng cần trỏnh sự trang trớ khụng cần thiết. II - Cấu tạo lũ điện trở Lũ điện trở thụng thường gồm ba phần chớnh : vỏ lũ, lớp lút và dõy nung. 1 - Vỏ lũ Vỏ lũ điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu để chị tải trọng trong quỏ trỡnh làm việc của lũ. Mặt khỏc vỏ lũ cũng dựng để giữ lớp cỏch nhiệt rời và đảm bảo sự kớn hoàn toàn hoặc tương đối của lũ. Đối với cỏc lũ làm việc với khớ bảo vệ, cấn thiết vỏ lũ phải hoàn toàn kớn, cũn đối với cỏc lũ điện trở bỡnh thường, sự kớn của vỏ lũ chỉ cần giảm tổng thất nhiệt và trỏnh sự lựa của khụng khớ lạnh vào lũ, đặc biệt theo chiều cao lũ. Trong những trường hợp riờng, lũ điện trở cú thể làm vỏ lũ khụng bọc kớn. Khung vỏ lũ cần cứng vững đủ để chị được tải trọng của lớp lút, phụ tải lũ ( vật nung ) và cỏc cơ cấu cơ khớ gắn trờn vỏ lũ. - Vỏ lũ chữ nhật thườnng dựng ở lũ buồng, lũ liờn tục, lũ đỏy rung v.v . - Vỏ lũ trũn dựng ở cỏc lũ giếng và một vài lũ chụp v.v . - Vỏ lũ trũn chịu lực tỏc dụng bờn trong tốt hơn vỏ lũ chữ nhật khi cựng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lũ. Khi kết cấu vỏ lũ trũn, người ta thường dựng thộp tấm dày 3 - 6 mm khi đường kớnh vỏ lũ là 1000 – 2000 mm và 8 – 12 mm khi đường kớnh vỏ lũ là 2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kớnh vỏ lũ khoảng 4500 – 6500 mm. [...]... nhược điểm cơ bản là trong quỏ trỡnh điều chỉnh, mạch luụn làm việc ở chế độ dũng điện giỏn đoạn, cả dạng dũng điện và điện ỏp ra tải đều khụng sin nờn chỉ phự hợp với cỏc tải loại điện trở như lũ điện trở , búng đốn loại sợi đốt v v Dũng điện sẽ liờn tục và đồng thời trở thành hỡnh sin hoàn chỉnh chỉ khi điện ỏp ra tải lấy bằng điện ỏp nguồn Như vậy, khi điều chỉnh trờn tải nhận được một dải n súng... sin Mặc dự vậy, với tải là điện trở thuần của lũ điện trở thỡ việc dạng điện ỏp ra tải khụng sin cũng khụng ảnh hưởng đến chế độ làm việc của lũ Cỏc mạch điều ỏp xoay chiều khụng phự hợp với tải dạng cảm khỏng như biến ỏp hoặc động cơ điện, nờn chỉ dựng khi phạm vi điều chỉnh điện ỏp khụng lớn Trong thực tế cụng nghiệp, cỏc mạch điều ỏp xoay chiều thường sử dụng là cỏc mạch điều ỏp xoay chiều ba pha,... dũng điện duy trỡ ) Chức năng của mạch điều khiển : + Điều chỉnh được vị trớ xung trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện ỏp đặt lờn A-K của thyristor + Tạo ra được cỏc xung đủ diều kiện mở thyristor, độ rộng xung tx được tớnh theo biểu thức : tx = IH di / dt di/dt : tốc độ biến thiờn dũng tải 2 Cấu trỳc mạch điều khiển thyristor UAK : điện ỏp điều khiển ( điện ỏp một chiều ) Ut : điện ỏp tựa ( đồng... gúc điều khiển α = 0 nhưng với α =30 thỡ cụng suất ra tải cũng xấp xỉ khi α = 0 Trong mạch điều ỏp xoay chiều ba pha sỏu thyristor đấu song song ngược tải thuần trở đấu tam giỏc, dạng điện ỏp từng pha cũng như vậy Tuy nhiờn, do tải đấu tam giỏc nờn khi mạch cú ba van dẫn thỡ điện ỏp rơi trờn điện trở tải là điện ỏp dõy, khi mạch cú hai van dẫn thỡ điện ỏp rơi trờn điện trở tải giữa hai dõy đú là điện. .. xung chữ nhật dương U4 Uđk cú thể thay đổi, khi nhiệt độ tăng | Uđk | giảm, gúc phỏt xung lớn lờn làm điện ỏp đầu ra của thyristor giảm và ngược lại, khi nhiệt độ giảm | Uđk | gúc phỏt xung giảm đi làm điện ỏp đầu ra của thyristor tăng ( Khõu phản hồi điện ỏp là phản hồi õm để ổn định ở một điện ỏp nhất định, tương ứng với một nhiệt độ nhất định ) Xung U4 và xung chựm Ux được đưa qua con AND Đầu ra AND... để giảm tổn thất nhiệt Riờng đối với đỏy, phần cỏch nhiệt đũi hỏi phải cú độ bền cơ học nhất định cũn cỏc phần khỏc núi chung khụng yờu cầu Yờu cầu cơ bản của phần cỏch nhiệt là : + Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu + Khả năng tớch nhiệt cực tiểu + Ổn định về tớnh chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xỏc định Phần cỏch nhiệt cú thể xõy bằng gạch cỏch nhiệt, cú thể điền đầy bằng bột cỏch nhiệt 3 - Dõy nung... của lũ điện là tải thuần trở nờn khi van cú tớn hiệu điều khiển mở thỡ dũng qua van sẽ tăng đột ngột với tốc độ tăng dũng rất lớn sẽ gõy hỏng van Vỡ vậy, người ta cần phải mắc vào trước van một cuộn dõy để hạn chế tốc độ tăng dũng Cuộn dõy được dựng là một cuộn khỏng bóo hoà cú đặc tớnh là: khi dũng qua cuộn khỏng ổn định thỡ điện cảm của cuộn khỏng hầu như bằng khụng và lỳc này cuộn dõy dẫn điện như... thay đổi cụng suất ra tải Khi cú sẵn một nguồn điện xoay chiều, để cú thể thay đổi điện ỏp ra tải ta cú thể dựng bộ điều chỉnh điện ỏp xoay chiều ( ĐAXC ) dựng van bỏn dẫn Việc điều chỉnh điện ỏp ra tải dựa theo nguyờn tắc tương tự như ở cỏc bộ chỉnh lưu tức là thay đổi điểm mở của van so với điểm qua khụng của điện ỏp nguồn, vỡ vậy cũn gọi là phương phỏp điều khiển pha (thay đổi gúc mở van ) Do diot... Uđk + Ut đưa đến đầu vào của một khõu so sỏnh bằng cỏnh làm biến đổi Uđk ta cú thể điều chỉnh được thời điểm xuất giện xung tức là điều chỉnh được gúc α Khi Uđk = 0 ta cú α = 0 Khi Uđk < 0 ta cú α > 0 Quan hệ giữa α và Uđk như sau : α =π U dk U t max Ta lấy Uđkmax = Utmax b Nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” Nguyờn tắc này dựng hai điện ỏp : Điện ỏp động bộ Ut vượt trước điện ỏp A-K của thyristor... vỡ nú đơn giản và đỏp ứng được yờu cầu mạch lực Tớn hiệu phản hồi là sensơ nhiệt độ biến tớnh hiệu nhiệt thành tớn hiệu điện, bao gồm sơ đồ cầu R9, R10, R11, R*, En Tớn hiệu điện này được đưa qua bộ khuếch đại ( R12, R13, R14, IC A5 ), sau đú được đưa vào bộ PI gồm Uđặt, R15, C3, R17, đầu ra là Uchuẩn ( U1, U2, U3, U4, U5, U6_) II Tớnh toỏn mạch điều khiển A Nguyờn lý hoạt động của sơ đồ Cấp nguồn 220V . CHỈNH VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ Lề ĐIỆN TRỞ 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế bộ điều chỉnh và tự động khống chế nhiệt độ lũ điện trở 2. Người thực hiện : Họ và tờn. ------ ĐỒ ÁN Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lá điện trở BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MễN HỌC ĐỀ TÀI ĐIỀU CHỈNH VÀ