Nghiên cứu mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy trong dải nhiệt độ môi trường đến 250 độc

LỜI NÓI ĐẦU Hiện tủ sấy thiết bị sấy sử dụng loại điện trở nhiệt nhiệt thấp để sấy khơ sản phẩm Tủ sấy điện trở có nhiều ứng dụng to lớn mặt kinh tế giúp ích nhiều cho sống.Ứng dụng điện trở sấy khô bề mặt sản phẩm gia nhiệt đánh giá ứng dụng thực tế mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho cơng nghiệp sản xuất đời sống hàng ngày Xét mặt tiết kiệm chi phí, ứng dụng dây điện trở đốt nóng nhiệt thấp dùng tủ sấy cơng nghiệp có nhiều ưu điểm hẳn so với nguyên liệu, nhiên liệu đốt nóng để gia nhiệt cho lị sấy khác than đá, củi hay dầu.Do em chọn đề tài “Nghiên cứu mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C” Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp quan tâm thầy cô khoa,đặc biệt giáo viên hướng dẫn ThS.Nguyễn Thị Phượng giúp đỡ em nhiệt tình suốt thời gian tìm hiểu nghiên cứu để đồ án em hoàn thành thời gian.Tuy nhiên, thực đề tài thời gian,nguồn tài liệu trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót.Kính mong nhận dẫn đóng góp thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 10 tháng năm 2018 Sinh viên thực Phạm Thế Hải NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT TỦ SẤY BẰNG ĐIỆN TRỞ 1.1 Khái niệm chung phân loại .2 1.1.1 Khái niệm chung lò điện trở 1.1.2 Phân loại thiết bị sấy 1.2 Các yêu cầu chủ yếu vật liệu làm dây đốt 1.3 Vật liệu làm dây đốt .4 1.3.1 Vật liệu hợp kim 1.3.2 Vật liệu phi kim loại 1.4 Cấu tạo dây đốt điện trở 1.4.1 Dây đốt hở 1.4.2 Dây đốt kín 1.5 Một số lò sấy điện trở gián tiếp thường dùng 1.5.1 Thiết bị sấy buồng .9 1.5.2 Thiết bị sấy kiểu hầm .11 1.5.3 Thiết bị sấy dùng bơm nhiệt 12 1.5.4 Thiết bị sấy buồng dùng Êjectơ 13 1.5.5 Thiết bị sấy khí động .14 1.6 Sơ đồ khối tủ sấy 15 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 17 2.1 Phân tích lựa chọn sơ đồ mạch động lực .17 2.1.1 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ tiếp điểm 17 2.1.2 Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều 18 2.2 Thiết kế mạch động lực với điện áp 220/380 (V) xoay chiều .22 2.3 Sơ đồ động lực: .23 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT 25 3.1 Nguyên lý sơ đồ 25 3.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 27 3.2.1 Khâu đồng pha 28 3.2.2 Khâu so sánh 30 3.2.3 Khâu khuếch đại 30 3.3 Lựa chọn sơ đồ mạch điều khiển .33 3.4 Tính tốn thơng số mạch điều khiển .35 3.4.1 Tính máy biến áp xung .35 3.4.2 Chọn linh kiện cho mạch điều khiển .38 3.4.3 Tính tốn thơng số khâu khuếch đại .40 3.4.4 Tính thơng số mạch tạo xung chùm 41 3.4.5 Tính chọn tầng so sánh 42 3.4.6 Tính tốn thơng số khâu đồng pha 43 3.4.7 Tạo nguồn nuôi .47 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Bảng 1.1 : Đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở Hình 1.1: Dây tiết diện trịn quấn kiểu lị xo Hình 1.2 : Dây đốt bố trí kiểu dích dắc Hình 1.3: Cấu tạo dây đốt kín hình chữ U Hình 1.4.Thiết bị sấy buồn dùng quạt gió tập trung Hình 1.5 : Cấu tạo buồng sấy Hình 1.6 : Hầm sấy kiểu Xnhimod- Ghiprodrep- 56 (Liên Xơ cũ) Hình 1.7 : Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy dùng bơm nhiệt Hình1.8 : Thiết bị sấy buồng kiểu XNHIMOD Hình 1.9 : Sơ đồ ngun lý thiết bị sấy khí động Hình 1.10 Sơ đồ khối tủ sấy Hình 2.1: Sơ đồ khống chế nhiệt độ lị tiếp điểm Hình 2.2: Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều pha Hình2.3 :Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều pha với tải trở Hình 2.5: Sơ đồ tải R + L Hình 2.6 : Sơ đồ tải trở đấu Y Hình 2.7: Sơ đồ mạch lực Hình 3.1 Ngun tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos Hình 3.3: Sơ đồ mạch điều khiển Hình 3.4: Một số khâu đồng pha điển hình Hình 3.5 : Sơ đồ đồng pha tạo điện áp tựa chu kì Hình 3.6: Sơ đồ đồng pha tạo điện áp tựa liên tiếp hai nửa chu kì Hình 3.7: Sơ đồ khâu so sánh Hình 3.8: Sơ đồ khâu khuếch đại Hình 3.9: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm Hình 3.10 : Một số sơ đồ chùm xung Hình 3.11 Sơ đồ mạch điều khiển Hình 3.12 : Biểu đồ điện áp mạch điều khiển Hình 3.13a : Máy biến áp xung Hình 3.13b: Đồ thị điện áp xung Hình 3.14: Hình chiếu lõi thép bàn xung Hình 3.15: Sơ đồ chân IC 4081± Hình 3.16: Sơ đồ chân IC TL 084 Hình 3.17 Sơ đồ khâu khuếch đại Hình 3.18: Sơ đồ mạch tạo xung chum Hình 3.19: Sơ đồ khâu so sánh Hình 3.20: Sơ đồ mạch đồng pha Hình 3.21: Kích thước mạch từ biến áp Hình 3.22: Sơ đồ ngun lý tạo nguồn ni PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Lý chọn đề tài: Tủ sấy thiết bị sấy sử dụng loại điện trở nhiệt nhiệt thấp để sấy khơ sản phẩm Tủ sấy điện trở có nhiều ứng dụng to lớn mặt kinh tế giúp ích nhiều cho sống Các tủ sấy điện trở nhiệt thấp hoạt động điện là: sấy khô sản phẩm… Ứng dụng điện trở sấy khô bề mặt sản phẩm gia nhiệt đánh giá ứng dụng thực tế mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho cơng nghiệp sản xuất đời sống hàng ngày Xét mặt tiết kiệm chi phí, ứng dụng dây điện trở đốt nóng nhiệt thấp dùng tủ sấy cơng nghiệp có nhiều ưu điểm hẳn so với nguyên liệu, nhiên liệu đốt nóng để gia nhiệt cho lị sấy khác than đá, củi hay dầu Do em chọn đề tài “Nghiên cứu mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C” Mục tiêu đề tài: - Điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy với nhiệt độ dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C Đối tượng nghiên cứu: - Tủ sấy Phạm vi nghiên cứu: - Điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy với nhiệt độ điều chỉnh dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C, công suất sợi đốt kW, điện áp nguồn cấp pha 220V; 50Hz Kết dự kiến đạt được: - Mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy với nhiệt độ điều chỉnh dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C Bố cục khóa luận: Chương 1: Khái quát tủ sấy Chương 2: Lựa chọn tính tốn sơ đồ mạch động lực Chương 3: Lựa chọn tính tốn sơ đồ mạch điều khiển PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT TỦ SẤY BẰNG ĐIỆN TRỞ Trong đời sống sản xuất, yêu cầu sử dụng nhiệt lớn Trong ngành công nghiệp khác nhau, nhiệt dùng để nung, sấy, nhiệt luyện, nấu chảy chất, yêu cầu thiếu Nguồn lượng nhiệt chuyển từ điện qua lò điện phổ biến thuận lợi Từ điện thu nhiệt nhiều cách Nhờ hiệu ứng Joule (lò điện trở), nhờ phóng điện (lị hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt dịng xốy Foucault thơng qua tựơng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng), 1.1 Khái niệm chung phân loại 1.1.1 Khái niệm chung lò điện trở Lò điện trở thiết bị biến đổi điện thành nhiệt thông qua dây đốt (dây điện trở).Từ dây đốt qua xạ, đối lưu truyền dẫn nhiệt, nhiệt truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung sấy, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu hợp kim màu 1.1.2 Phân loại thiết bị sấy Thiết bị sấy thiết bị nhằm thực trình làm khô vật liệu, chi tiết hay sản phẩm định, làm cho chúng khô đạt đến độ ẩm định theo yêu cầu Trong trình sấy, chất lỏng chứa vật liệu sấy thường nước Tuy vậy, kỹ thuật sấy thừơng gặp trường hợp sấy sản phẩm bị ẩm chất lỏng hữu sơn, vật đánh xi Phương pháp sấy chia hai loại lớn sấy tự nhiên sấy thiết bị.Sấy tự nhiên q trình phơi vật liệu ngồi trời Phương pháp sử dụng nguồn xạ mặt trời ẩm bay khơng khí mang (nhiều hỗ trợ gió tự nhiên) Phương pháp sấy tự nhiên có ưu điểm đơn giản, đầu tư vốn ít, bề mặt trao đổi lớn, dịng nhiệt xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (tới 1000 w/m2) Tuy sấy tự nhiên có nhựơc điểm là: thực giới hố khó, chi phí lao động nhiều, cường độ sấy khơng cao, chất lượng sản phẩm khơng cao, chiếm diện tích mặt lớn Các phương pháp sấy nhân tạo thực thiết bị sấy.Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác Căn vào phương pháp cung cấp nhiệt chia loại sau: - Phương pháp sấy đối lưu - Phương pháp sấy xạ - Phương pháp sấy tiếp xúc - Phương pháp sấy điện trường dòng cao tầng - Phương pháp sấy thăng hoa Trong phương pháp kể phương pháp sấy đối lưu, xạ tiếp xúc dùng rộng rãi cả, phương pháp sấy đối lưu Mỗi phương pháp sấy kể thực nhiều kiểu thiết bị khác nhau, ví dụ: sấy đối lưu thực nhiều thiết bị sấy như: thiết bị sấy buồng, sấy hầm, sấy băng tải, thiết bị sấy kiểu tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy thổi kiểu khí động Phương pháp sấy xạ thực thiết bị sấy xạ dùng nguyên liệu khí, dùng dây điện trở Phương pháp sấy tiếp xúc thực thiết bị như: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng, thiết bị sấy tiếp xúc kiểu tay quay, thiết bị sấy tiếp xúc chất lỏng Mỗi loại vật liệu sấy thích hợp với số phương pháp sấy số kiểu thiết bị sấy định Vì tùytheo vật liệu sấy mà ta chọn phương pháp sấy thiết bị sấy cho phù hợp để đạt hiệu chất lượng sản phẩm cao 1.2Các yêu cầu chủ yếu vật liệu làm dây đốt Trong lò sấy điện trở, dây đốt phần tử biến đổi điện thành nhiệt thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải làm từ vật liệu thoả mãn yêu cầu sau: - Khả chịu nhiệt tốt: không bị ơxi hố mơi trường khơng khí nhiệt độ cao -Bền nhiệt cao, bền học tốt, dây điện trở khơng biến dạng, chúng tự bền vững tác dụng thân dây điện trở - Điện trở suất lớn: tạo cho dây điện trở có cấu trúc nhẹ đáp ứng cơng suất theo u cầu, dễ dàng bố trí lò - Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (, ): nghĩa nhiệt độ cao điện rở lớn  t1 điện áp Uđk> Urc, điện áp UD âm (UD< 0).Trong khoảng t1 đến t2 điện áp Uđk< Urc làm cho UD dương (UD> 0) Các khoảng thời gian tương tự lặp lại Mạch đa hài tạo xung chùm A4 cho ta chuỗi xung tần số cao với điện áp UE Dao động đa hài cần có tần số hàng chục KHz ta chọn 3KHz Hai tín hiệu UD UE đưa vào khâu AND hai cổng vào đồng thời có hai tín hiệu dương UD, UE (trong khoảng t1 t2; t3 t4; t5t6; t7t8), có xung UF Các xung UF làm mở thơng transistor Tr2, Tr3 Kết nhận chuỗi xung nhọn Xđk biến áp xung, để đưa tới triac T 3.4 Tính tốn thơng số mạch điều khiển Các thông số mạch điều khiển xác định xuất phát từ yêu cầu xung mở triac, nên ta tính tốn thơng số mạch phải bắt đầu tính từ máy biến áp xung đến khâu 3.4.1 Tính máy biến áp xung Ở chương II ta chọn triac có thơng số sau - Mức sụt biên độ xung: Sx = 0,15 - Dòng điện điều khiển max: Igmax = 0,4 (A) = Iđk - Điện áp điều khiển max: Ugmax = (V) = Uđk - Tốc độ tăng điện áp: - Thời gian giữ xung điều khiển: txmax = 10 (s) - Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U =  12 (V) - Tần số xung điều khiển: fx = Khz du  100  v / s  dt Hình 3.13 a Máy biến áp xung; b Đồ thị điện áp xung Vì xung điều khiển xung chùm có tần số cao nên để giảm tổn hao dòng điện xoáy sinh ta chọn vật liệu sắt từ loại pherit, có dạng hình xuyến làm việc 35 phần đặc tính từ hố có B = 0,3 (T) H = 30 (A/m), khơng có khe hở khơng khí - Thơng thường tỷ số biến áp xung: m =  3, ta chọn m = - Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Uđk = (V) - Điện áp đặt cuộn sơ cấp máy biến áp xung: U1 = mU2 = 3.3 = (V) - Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I2 = Iđk = 0,4 (A) - Dòng điện chạy cuộn sơ cấp biến áp xung I1 = I 0,   0,133  A  m (3.4) - Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt  tb  B Trong   1,25.10 6  H / m  độ từ thẩm khơng  H khí Suy ra:  tb  - B 0,3   8000  H / m  (3.5)  H 1,25.10 6 30 Thể tích lõi thép cần có: V  Q.l  Trong đó: Tx  Vậy V   tb  t x fx U I1 (3.6) B 1 1 T   0,167.10 3  s  (3.7) 2 fx 3000 8000.1,25.10 6 0,16.10 3.0,15.9.0,133  3,332.10 6 m 2 0,3   V = 3,332 (cm2) Dựa vào bảng 8.5 trang 57 tài liệu hướng dẫn thiết kế điện tử công suất ta chọn mạch từ hình xuyến có kích thước sau: V = Q l = 0,49 10,2 = 4,998 (cm2) a = (mm) b = (mm) d = 25 (mm) D = 40 (mm) Q = 0,49 (cm2) = 40 mm2 L = 10,2 (cm2) = 1020 (mm2): Chiều dài trung bình mạch từ 36 d D a b Hình 3.14 Hình chiếu lõi thép biến áp xung - Số vòng dây quấn sơ cấp biến áp xung Theo định luật cảm ứng điện từ ta có: U  W1 Q dB B  W1 Q dt tx (3.8) U1t x 9.0,167.103 W1    103 (vòng) B.Q 0,3.49.106 - Số vòng dây thứ cấp biến áp: W2  W1 103   35 (vòng) m - Tiết diện dây quấn sơ cấp S1  I1 0,133   0, 022 mm J1   (3.9) Chọn mật độ dòng điện J1 = (A/mm2) - Đường kính dây quấn sơ cấp d1  4S1 4.0,022   0,17  mm    (3.10) - Tiết diện dây đồng trịn có d1 = 0,17 (mm); S = 0,0227 (mm2); d1’ = 0,19mm Tiết diện dây quấn thứ cấp S2  I 0,   0,1 mm J2   (3.11) Chọn mật độ dòng điện J2 = (A/mm2) Theo tài liệu thiết kế điện tử công suất 37 - Đường kính dây quấn thứ cấp d2  4.S 4.0,1   0,357  mm    Chọn dây đồng trịn có đường kính: d2 = 0,38 (mm); S = 0,1134 9mm2), d2’ = 0,42 (mm) - Kiểm tra hệ số lấp đầy S1 W1  S W2 d12 W1  d22 W2 0,192.103  0,422.35 K l®    d2 252  d2     4  Klđ = 0,0158 (3.12) Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết 3.4.2 Chọn linh kiện cho mạch điều khiển - Chọn diode Một kênh điều khiển hình 3.10a phải dùng tới diode, để lắp kênh điều khiển cho pha ta phải dùng diode Chọn diode loại ESM - 61có thơng số sau: Dòng điện cực đại: Imax = 10 (A) Điện áp ngược: Un = 300 (V) Nhiệt độ cho phép: Tcp = 1750C Tổn hao điện áp trạng thái mở: U = 0,7(V) - Chọn cộng AND Để thực kênh điều khiển ta phải cần dùng cổng AND Dựa vào tài liệu “hướng dẫn thiết kế điện tử công suất” chọn IC 4081 họ CMOS Mỗi IC 4081 có cổng AND, có thơng số sau: Nguồn nuôi IC: Vcc =  12 (V), chọn Vcc = 12 (V) Nhiệt độ làm việc: t = - 40  800C Điện áp ứng với mức logic “1”: U =  4,5 (V) Dòng điện: I  (mA) Công suất tiêu thụ: P = 2,5 (mW/cổng) 38 Vcc 13 14 12 10 & & & & 11 Hình 3.15.Sơ đồ chân IC 4081 Vcc - Chọn khuếch đại thuật tốn Từ mạch hình 3.10a cho kênh điều khiển ta dùng khuếch đại thụât toán.Nên để điều khiển kênh ta phải dùng 12 khuếch đại thuật toán Dựa vào liệu hướng dẫn “thiết kế điện tử công suất” ta chọn khuếch đại thuật toán cho mạch điều khiển loại IC TL084, IC có khuếch đại thuật tốn nên ta chọn IC TL084 với thơng số sau: Điện áp nguồn nuôi: Vcc = 18 (V) Ta chọn: Vcc = 12 (V) Hiệu điện hai đầu vào: Uv =  30 (V) Nhiệt độ làm việc: t = -25  850C Tổng trở đầu vào: Rin = 106 (M) Dòng điện đầu ra: Ira = 30 (pA) Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: 14 13 dU  13  v / s  dt 12 11 10 + + + + Ucc Hình 3.16: Sơ đồ chân IC TL084 39 3.4.3 Tính tốn thông số khâu khuếch đại +12V R10 BAX D5 D4 Tr2 R9 Tr3 Hình 3.17: Sơ đồ khâu khuếch đại Dịng điện trung bình chạy qua transistor (Tr3) là: I tb  I ctr3  I 0,4   0,133  A  m (3.13) Như ta phải chọn Tr3 cho Ictr3> Itb Dựa vào “tài liệu tra cứu transistor Nhật Bản” tác giả Trần Ngọc Sơn dịch ta chọn Tr3 có thơng số sau: Mã hiệu: 2SC118, chất liệu SIP Điện áp: Ucb0 = 40 (V) Điện áp: Ueb0 = (V) Dòng điện cực đại qua colector: Ictr3max = 500 (mA) Làm việc chế độ xung điều kiện công suất Công suất cực đại: Pcmax = 600 (MW) Nhiệt độ cực đại: t0C = 175 0C Tần số giới hạn: fmax = 150 (Mhz) Hệ số khuếch đại: 3 = 40 Từ ta có dịng điện làm việc colector Tr3 Ictr3 = I1 = 0,133 (A) = 133 (mA) Dòng điện làm việc bazơ I BTr  I cTr3 133   3,325  A  3 40 40 (3.14) Dựa vào “tài liệu tra cứu transistor Nhật Bản” tác giả Trần Ngọc Sơn dịch ta chọn Tr2 có thơng số: Mã hiệu: 2SC49, chất liệu NPN Điện áp: Ucb0max = 120 (V) Điện áp: Ueb0max = (V) Dòng điện cực đại qua colector: Icmax = 300 (mA) Công suất tiêu tán colector: Pcmax = 600 (mW) Tần số giới hạn: fmax = 16 (Mhz) Hệ số khuếch đại: 3 = 60 Dòng điện làm việc qua cực bazơ Tr2 là: ta chọn tr2 làm việc thơng hồn tồn, dẫn dịng IcTr2 = 300 (mA) dòng IbTr2 là: I bTr  I cTr 300    mA  2 60 (3.15) Với Tr2 Tr3 chọn hệ số khuếch đại hệ là:  = 1 2 = 40 60 = 2400 Để hạn chế dòng điện đưa vào cực bazơ Tr2 ta dùng điện trở R9 cho R9  UG 12   2400    I b Tr2 5.10 3 (3.16) Trong đó: UG điện áp cấp cho cổng AND Như ta chọn R9 = 2,4 (K) Ta chọn nguồn cấp cho biến áp xung: E = + 12(V) Với nguồn E = 12(V) ta phải mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực emittor Tr3 để giảm áp đồng thời tạo dòng điện chạy cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung R11 xác định sau: R 10  E  U 12    22    (3.17) I1 0,133 3.4.4 Tính thơng số mạch tạo xung chùm 41 Hình 3.18.Sơ đồ mạch tạo xung chùm Mạch tạo xung chùm có tần số chọ fx = Khz fx  Chu kỳ xung chùm: T  1   3Khz T2 2Tx (3.18)  2Tx fx Suy ra: T = 0,167.10-3 = 334.10-6 (s) = 344 (s)  Ta có: T = R8 C2 ln    R7   (3.19) R8  Ta chọn R6 = R7 = 33 (K) ta có T = 2,2 R8 C2 = 334 (s) (3.20) Vậy R8 C2 = 334  151,8  s  2,2 Chọn tụ C2 = 0,1 (F) có điện áp U = 16 (V); R8  151,8  1518     1,518  k  0,1 Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch ta chọn R8 biến trở 2,2 K 3.4.5 Tính chọn tầng so sánh Hình 3.19 Sơ đồ khâu so sánh Khuếch đại thuật toán ta chọn trước loại TL084 Chọn R  Uv 12   12  k  I v 1,10 3 Trong đó: nguồn ni Vcc =  12 (V) điện áp vào A3 Uv 12(V) Dịng điện vào hạn chế Iv (mA) Do ta chọn R5 = 15 (k) dịng vào A3 là: I max  12  0,8  mA  (3.21) 15.103 42 3.4.6 Tính tốn thơng số khâu đồng pha Hình 3.20 Sơ đồ mạch đồng pha Điện áp nạp xả tụ C1 điện áp dạng cưa xác định sau: Thời gian nap Tr = R4 C1 = 0,01 (s) Chọn tụ C1 = 0,1 (F) điện trở xác định sau: R4  Tr 0, 01   100.10     100  k  6 C 0,1.10 (3.22) Để tiện cho việc điều chỉnh lắp ráp mạch R4 thường chọn biến trở lớn 100 (k) Ta chọn R4 biến trở 200 (k) Vì điện áp khâu đồng pha Urc = 12 (V) nên ta phải chọn Tr1 cho Uce> 12 (V) Dựa vào “tài liệu tra cứu transistor Nhật bản” chọn Tr1 có thơng số sau: Mã hiệu: 2SC615, chất liệu SIP Làm việc chế độ xung Điện áp: Ucb0max = 45 (V) Điện áp: Ueb0max = (V) Dòng điện cực đại qua colector: Icmax = 300 (mA) Công suất tiêu tán colector: Pcmax = 600 (mW) Hệ số khuếch đại: 1 = 60 Để hạn chế dòng điện vào cực bazơ Tr1 ta dùng điện trở R3 tính R3  U r1 12   2,  k   br 5.10 3 Chọn điện áp chỉnh lưu A là: UA = (V) 43 (3.23) Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào mạch điều kiện thuật toán A1 Thường chọn R1 cho dịng vào khuếch đại thuật tốn Iv< (mA) Do ta chọn R2 sau: R1  UA    k  (3.24) Iv 1.10 3 Ta chọn R2 = R1= 10 (k) Chọn biến trở VR1 = 20 (k) dùng để lấy điện áp U1 a Tính tốn máy biến áp đồng pha Ta chọn thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi Chọn kiểu máy biến áp pha trụ, trụ có cuộn dây, cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Điện áp lấy thứ cấp máy biến áp làm điện áp để chỉnh lưu hai nửa chu kỳ làm điện áp đồng pha phần dùng làm điện áp cấp cho nguồn ni U ®f1,2  U  UA   10  V  (3.25) K u 0,9 Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha I2đph = (mA) Công suất nguồn nuôi cấp cho máy biến áp xung Pđph = 3.U2đph I2đp = 10 10-3 = 0,03 (W) (3.26) Công suất tiêu thụ cổng AND IC 4081 là: P4081 = 2,5 = 7,5 (mW) = 7,5.10-3 (W) (3.27) Công suất tiêu thụ 13 khuếch đại thuật toá ta chọn ICTL084 P084 = 0,68 = 2,04 (W) Công suất BAX cấp cho cực điều khiển Triac Px= Uđk Iđk = 3 0,4 = 3,6 (W) (3.28) Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi kênh PN = (Pđph + P4081 + P084) (3.29) PN = 3.(0,03 + ,5.10-3 + 2,04) = 6,24 (W) Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy S = 1,05 (Px + PN) = 1,05.(3,6 + 6,24) =10,332 (W) (3.30) 10 Dòng điện thứ cấp máy biến áp 44 I2  S 10,332   0, 086  A  12.U 12.10 (3.31) 11 Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1  S 10,332   0, 0175  A  3.U 3.220 (3.32) 12 Tiết diện trụ máy biến áp tính theo cơng thức kinh nghiệm QT  KQ S 10,332   1,57 cm m.f 3.50   (3.33) Trong đó: KQ = 6: Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát m = 3: Số trụ biến áp f = 50: Tần số điện áp lưới Chuẩn hoá tiết diện trụ theo bảng “tài liệu hướng dẫn thiết kế điện tử công suất” a QT = 1,63 (cm2) Kích thước mạch từ thép dày  = 0,2 (mm) H h a a Số lượg thép là; a = 12 (mm) a b = 16 (mm) h = 30 (mm) c L c = 12 (mm) Hình 3.21 Kích thước mạch từ biến áp 13 Chọn mật độ từ cảm B = (T) trụ ta có số vịng dây sơ cấp là: W1  U1 220   6080 (vòng) 4, 44.f.B.Q T 4, 44.50.1.1,63.10 4 (3.34) 14 Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) Tiết diện dây quấn sơ cấp S1  S 10,332   0, 0057 mm 3.U J1 3.220.2,75  Đường kính dây quấn sơ cấp 45  (3.35) 4.S1 4.0,0057   0,085  mm   3,14 d1  (3.36) Chọn d1 = 0,1 (mm) để đảm bảo độ bền Đường kính có kể cách điện là: d’1 = 0,12 (mm) 15 Số vòng dây quấn thứ cấp W2  W1 U2 10  6080  249 (vòng) U1 220 16 Tiết diện dây quấn thứ cấp S2  S 10,332   0, 0014 mm 12.U J 12.220.2,75   (3.37) 17 Đường kính dây quấn thứ cấp 4.S 4.0,0014   0,043  mm   3,14 d1  Chuẩn hoá đường kính: d2 = 0,06 (mm) Đường kính dây có cách điện: d2’ = 0,08 (mm) 18 Chọn hệ số lấp đầy  '2 3,14 d1 W1  d'22 W2 0,122.6080  0,062.249   0,2 Với Klđ = c.h 12.3     19 Chiều dài mạch từ L = 2.C + A = 2.12 + 12 = 60 (mm) (3.38) 20 Chiều cao mạch từ H = h + 2.a = 30 + 12 = 54 (mm) * Tính chọn 12 diode mạch chỉnh lưu nguồn ni - Dịng điện hiệu dụng qua diode I DHD  I2  0,086  0,06  A  (3.39) - Điện áp ngược lớn mà diode phải chịu UNmax = 2U  2.9  25,45  V  (3.40) - Chọn diode có dịng định mức Iđm Ki IĐmD = 10 0,06 = 0,6 (A) - Chọn diode có điện áp ngược lớn 46 (3.41) UN = Ku UNmax = 25,45 = 50,9 (V) (3.42) Chọn diode loại K208A có thơng số sau: +Dịng điện định mức: Iđm = 1,5 (A) + Điện áp ngược cực đại diode: UN = 100 (V) 3.4.7 Tạo nguồn nuôi Ta cần tạo nguồn điện áp  12 (V) để cấp cho biến áp xung, nuôi IC, cầu cân 7812 +12(V) * a * b * c C4 C6 A 220V~ B C * c C5 * C7 b * a -12(V) 7912 Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi 12V Ta dùng chỉnh lưu cầu pha dùng diode, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi U2 = 10 (V) Điệnáp sau chỉnh lưu cầu pha là; U2’ = Ku U2 = 2,34 10 = 23,4 (V) (3.43) Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912 có thơng số sau: Điện áp đầu vào: Uv =  35 (V) Điện áp đầu ra: Ura = 12 (V) với IC 7812 Ura = -12 (V) với IC 7912 Dòng điện đầu ra: Ia =  (A) Tụ C4, C5 để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470 (F); Uc = 35 (V) 47 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu khóa luận em hoàn thành “Nghiên cứu mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy với nhiệt độ điều chỉnh dải nhiệt độ mơi trường (T0MT) đến 2500C” Khóa luận bước đầu thiết kế tính tốn được: - Mạch động lựccủa tủ sấy -Mạch điều khiển tủ sấy Về mặt hạn chế khóa luận dùng lại bước thiết kế, tính tốn chưa áp dụng vào sản phẩm thực tế.Để khóa luận đưa vào thực nghiệm có hiệu cần phải đầu tư nhiều mặt thời gian, tỉ mỉ chương chọn thiết bị đảm bảo khả làm việc kinh phí 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử công suất(2010) ,Trần Trọng Minh , Nhà xuất khoa học Kỹ thuật Thiết kế thiết bị điện tử công suất (2008), Trần Văn Thịnh, Nhà xuất Giáo dục Điều chỉnh tự động truyền động điện(2008) , Bùi Quốc Khánh, Nhà xuất khoa học Kỹ thuật Truyền động điện(2008) , Bùi Quốc Khánh, Nhà xuất khoa học Kỹ thuật Máy Điện – Tập 1,2,3(2006), Nguyễn Khánh Hà - Vũ Gia Hanh, Nhà xuất khoa học Kỹ thuật Tài liệu wed-http://www.tailieu.vn ... khiển nhiệt độ cho tủ sấy dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C” Mục tiêu đề tài: - Điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy với nhiệt độ dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C Đối tượng nghiên cứu: - Tủ sấy Phạm... vi nghiên cứu: - Điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy với nhiệt độ điều chỉnh dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C, công suất sợi đốt kW, điện áp nguồn cấp pha 220V; 50Hz Kết dự kiến đạt được: - Mạch điều. .. - Mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy với nhiệt độ điều chỉnh dải nhiệt độ môi trường đến 2500 C Bố cục khóa luận: Chương 1: Khái quát tủ sấy Chương 2: Lựa chọn tính tốn sơ đồ mạch động lực Chương