Với những yêu cầu và điều kiện của hệ thống, tác giả nhận thấy bộ điều khiển tự động PID là phƣơng pháp hợp lý với với điều khiển nhiệt độ.
Ứng với nhiệt độ đặt và nhiệt độ hiện tại, thuật toán điều khiển PID sẽ tính toán đƣợc giá trị cần thiết cũng nhƣ điện áp cấp cho tải phù hợp.
Tải của Lò nhiệt ở đây chính là mâm nhiệt của nồi cơm điện 220VAC – 700W. Điều khiển nhiệt chính là điều khiển điện áp xoay chiều cấp cho tải (Mâm nhiệt). Mâm nhiệt là tải thuần trở nên điều khiển tƣơng đối dễ hơn so với tải điện cảm hay động cơ.
Có nhiều phƣơng pháp điều áp xoay chiều nhƣ điều khiển theo tuyến tính (góc mở) hay điều khiển theo xung (đóng ngắt) để đạt đƣợc nhiệt độ yêu cầu. Có thể dùng 2 IC Thysistor đấu ngƣợc hoặc TRIAC để làm van động lực đóng mở.
Với yêu cầu của đề tài, tác giả dùng 1 TRIAC BTA41 để làm van động lực, việc điều khiển việc mở van sử dụng 1 Opto-Triac MOC3020. Vi điều khiển điển
ATMEGA 16 điều khiển hoạt động của MOC3020. Phƣơng pháp điều khiển tuyến tính (thay đổi góc kích α).
Điều chỉnh xung áp xoay chiều một pha tải thuần trở:
Sơ đồ bộ biến đổi một pha gồm một Triac BTA41 và đƣợc mắc nối tiếp với tải hình 3.1:
Góc điều khiển α là góc tính từ thời điểm mở tự nhiên đến thời điểm có xung điều khiển. Thời điểm mở tự nhiên là thời điểm mà ở đó nếu van là điôt thì nó bắt đầu dẫn.
Đồ thị dạng dạng dòng điện và điện áp trên tải đƣợc thể hiện trên hình 3.2
Hình 3.2. Đồ thị dòng điện và điện áp Ta có giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải bằng:
2 0 2 1 2 0 2 1 1 ( 2 sin ) 2 1 d U d u Ut 2 ( ) 2 sin 1 f U (3.1)
Giá trị hiệu dụng của dòng điện trên tải:
(3.2)
Trong đó:
θ = ωt.
U1 : Giá trị tức thời của điện áp lƣới.
Ut, Id : Giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện trên tải. R : Giá trị điện trở của tải.
α : Góc điều khiển Triac
Nhận xét:
Bằng cách thay đổi góc điều khiển α, giá trị hiệu dụng trên tải cũng đƣợc thay đổi tƣơng ứng. Tham số điều chỉnh là góc α hoàn toàn tƣơng tự nhƣ trong thiết bị chỉnh lƣu.
Tuy nhiên cách này có nhƣợc điểm là điện áp ra tải không có dạng hình sin mà chỉ là các mảnh của hình sin. Nhƣ vậy, thực chất sẽ gồm một thành phần điều hòa bậc 1 có tần số trùng với tần số nguồn và là hữu ích với tải, ngoài ra còn vô số các thành phần bậc cao, có hại. Đây chính là điều hạn chế ứng dụng của điều áp xoay chiều.