5.2.1 . Xây dựng mô hình:
Để cung cấp nhiệt l ợng cho lò xấy gỗ tự động ta phải biến đổi điện năng thành nhiệt năng bằng hình thức dùng điện trở hay còn gọi là dây nung. u điểm của hệ thống gia nhiệt là cấu tạo đơn giản
Nhiệt l ợng toả ra trên dây, khi có dòng điện chạy qua ,đ ợc tính theo công thức :
Q = I2Rt. Trong đó :
Q : Nhiệt l ợng toả ra trên dây nung (J). R : Điện trở dây nung (Ω).
I : Dòng điện chạy qua dây nung (A).
t : Thời gian dòng điện chạy qua dây nung (s).
Đại l ợng cần điều chỉnh là nhiệt độ buồng lò .Việc điều khiển nhiệt độ buồng lò chính là điều khiển công suất đặt vào lò.
P=I2.R.T
Có hai ph ơng án để xây dựng công suất này là:
-Điều chỉnh về phía tiêu thụ ,tức làm thay đổi điện trở của lò .Ph ơng pháp này ít đ ợc áp dụng bởi tính không liên tục và hạn chế phạm vi điều khiển .
-Điều khiển về phía cung cấp tức là thay đổi c ờng độ dòng điện chạy qua dây nung .Điều này có thể thực hiện bằng biến áp ,Rơle hoặc Thyristor.
Ph ơng pháp dùng biến áp .
Đây là ph ơng pháp điều chỉnh điện áp theo cấp ,nó đòi hỏi biến áp phải có công suất lớn .Ph ơng pháp này thô sơ ,ít đ ợc sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động .
88
Ph ơng pháp dùng Rơle.
Ph ơng pháp này có đặc điểm có thể khống chế mức nhiệt độ trong lò tại những mức điện áp khác nhau ,nh ng Rơle chỉ có tác dụng điều chỉnh tại một số thời điểm ng ỡng nhất định nên việc điều chỉnh không liên tục .Mặt khác quá trình điều khiển luôn bị dao động ,biên độ dao động phụ thuộc vào các điểm đặt khác nhau ,vì thế độ chính xác không cao ,Rơle phải đóng ngắt nhiều lần nên độ tin cậy kém .Tuy nhiên ph ơng pháp này có u điểm đơn giản ,phù hợp với các yêu cầu công nghệ đòi hỏi không cần độ chính xác cao.
Ph ơng pháp điều áp xoay chiều ba pha dùng Thyristor kép.
Khi có xung điều khiển thì các Thyristor sẽ lần l ợt mở cho dòng đi qua .Ta có thể điều khiển cho các Thyristor liên tục chuyển từ đóng sang mở t ơng ứng với công suất lò thay đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất .
Ph ơng pháp này cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng ,đáp ứng đ ợc các yêu cầu công nghệ ,độ chính xác t ơng đối cao ,độ nhạy điều chỉnh t ơng đối lớn ,có khả năng điều chỉnh t ơng đối liên tục .do đó trong đồ án này ta xử dụng ph ơng pháp điều áp xoay chiều ba pha để điều chỉnh dòng công suất cung cấp
cho lò Sơ đồ kết nối : 380v Mạch điều khiển công suất Line DC output R R R hệ thống điều khiển
Hình 5.19 Sơ đồ hệ thống công suất 89
Luận văn cao học – 2009
5.2.2. thiết kế mạch điều khiển: * Nguyên lý hoạt động của Thyristor
Thyristor sẽ đ ợc mở khi có điện áp thuận ,nghiã là khi có hiệu điện áp giữa Anod và Catod là d ơng và đồng thời có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G của nó và có dòng :
Ig > Igst
Ig: Dòng điều khiển .
Igst:Giá trị giới hạn dòng điều khiển .
Khi muốn đóng Thyristor phải đặt điện áp ng ợc lên hai đầu Anod và Catod UAK<0. Phải chú ý là trong bất cứ tr ờng hợp nào thì cũng không đ ợc đặt Thyristor d ới điện áp thuận khi Thyristor ch a bị khoá ,nếu không có thể gây lên hiện t ợng nguồn bị ngắn mạch.
Hình 5.20: Hoạt động của Thyristor
Trong đó α là góc mở của Thyristor,tức là góc lệch kể từ thời điểm ban đầu của nửa chu kì của dòng xoay chiều cho đến thời điểm mở Thyristor ,thời điểm này chính là thời điểm phát xung điều khiển,ta có thể thay đổi thời điểm phát xung điều khiển làm thay đổi góc mở α của Thyristor, tức là thay đổi công suất cung cấp cho sợi đốt lò.Việc điều khiển thời điểm phát xung cho van Thyristor
90
đ ợc thực hiện bằng bộ phát xung răng c a XR,bộ so sánh SS và bộ phát xung mở Thyristor FX.
Mạch tạo xung điều khiển bao gồm mạch tạo xung răng c a đồng pha với điện áp nguồn cung cấp cho sợi đốt thông qua Thyristor ,mạch so sánh thực hiện việc
so sánh xung răng c a với tín hiệu điện áp điều khiển và phát xung điều khiển Thyristor.
* Nguyên lý mạch điều khiển :
Mạch bao gồm khâu tạo xung răng c a, khâu so sánh và khâu phát tín hiệu xung điều khiển.
Mạch tạo nguồn :
hình 5.21 Mạch tạo nguồn điêu khiển
Để tạo xung điều khiển Thyristor trong cả hai chu kì của điện áp l ới thì phải có khâu đồng pha để khi phát xung điều khiển đạt đ ợc thời điểm mở Thyristor mong muốn .khâu đồng pha trong bộ điều khiển sử dụng ba biến áp một pha sau
91
Luận văn cao học – 2009
khi qua chỉnh l u cầu ba pha tạo ra điện áp một chiều cho bộ điều khiển bao gồm các nguồn: 5V DC, 12V DC và -12V DC
Mạch tạo xung răng c a :
Hình 5.22 Mạch tạo xung răng c a
Mạch tạo xung răng c a có chức năng tạo ra xung điện áp chuẩn cho mạch điều khiển.yêu cầu đối với xung răng c a là có biên độ là 5V,s ờn tr ớc của xung phải dốc đứng ,còn s ờn sau phải dốc bằng phẳng.để đáp ứng yêu cầu đó thì thời gian nạp tụ phải nhanh trong khi thời gian phóng tụ phải lớn .trong đồ án này ta chọn transistor là C828. Hằng số thời gian phóng tụ đ ợc tính theo công thức
T=R*C
Chọn R =330 k , C= 100 nF Mạch so sánh .
Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa giá trị điện áp răng c a và điện áp điều khiển.Tại thời điểm hai điện áp cân bằng thì tín hiệu mạch so sánh chuyển mức. Khuyếch đại thuật toán dùng LM339 đ ợc sử dụng làm bộ so sánh độ rộng
của xung vuông quyết định thời điểm mở góc α qua đó quyết định dòng công suất cấp cho lò nhiệt
92
Hình 5.23 Mạch so sánh Mạch điều khiển thyristor:
Đối với các mạch điều khiển Thyristor truyền thống th ờng dùng biến áp xung để điều khiển .Tuy nhiên ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học các bộ điều khiển thyristor dùng bộ cách ly quang ngày càng đ ợc áp dụng phổ biến do các u điểm nổi bật của nó đó là nhỏ gọn , cách lý mạch lực và mạch điều khiển, giá thành thấp . Trong mạch ta dùng IC quang là MOC3021 điện trở R2 và R5 có
nhiệm vụ hạn chế dòng khi thyristor đóng. một mạch RC có chức năng hạn chế xung nhọn tại thời điểm bắt đầu mở van.
Hình 5.24 Sơ đồ mạch điều khiển Thyistor
93
Luận văn cao học – 2009 Kết quả thực nghiệm:
Hình 5.25 Mạch điều khiển thực tế. 94
Hình 5.26 Tủ điều khiển hệ thống nhiệt 95
Luận văn cao học – 2009