Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 1 Đề tài : Diều áp xoay chiều 3 pha điều khin nhiệt độ lò sấy 600-800 ̊C U=380V, f=50Hz, Công suất định mức 4kW Lời nói đầu Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lượng nhiệt đóng một vai trò rất quan trọng. Năng lượng nhiệt có th được dùng đ nung nóng, sấy khô Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lượng này một cách hợp lý và có hiệu quả là rất cần thiết. Lò điện trở được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng được nhiều yêu cầu thực tiễn đặt ra. ở lò điện trở, yêu cầu kĩ thuật quan trọng nhất là phải điều chỉnh được khiệt độ của lò. Đây cũng chính là yêu cầu của đồ án 1 mà em đã được giao. Đồ án đã được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Vũ Đức Trọng đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đồ án được chia thành ba phần chính sau: 1. Giới thiệu sơ lược về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò điện và lò điện trở. 2. Sơ đồ mạch động lực. 3. Tính toán mạch lực 4. Mạch điều khin 5. Mô phng trong proteus Chương 1- Giới thiệu về lò điện trở 1.1 - Giới thiệu chung về lò điện 1.1.1 - Định nghĩa Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v - Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật : + Sản xuất thép chất lượng cao + Sản xuất các hợp kim phe-rô Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 2 + Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện + Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi + Sản xuất đúc và kim loại bột - Trong các lĩnh vực công nghiệp khác : + Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được dùng đ sất, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm + Trong các lĩnh vực khác, lò điện được dùng đ sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong phú và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v 1.1.2 - Ưu điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu Lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu có những ưu đim sau : - Có khả năng tạo được nhiệt độ cao - Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao - Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ - Kín - Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận chuyễn vật phẩm - Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ 1.1.3 - Nhược điểm của lò điện - Năng lượng điện đắt - Yều cầu có trình độ cao khi sử dụng 1.2 - Nguyên lý làm việc của lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ : Q=I 2 RT Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J) Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 3 I - Dòng điện tính bằng Ampe (A) R - Điện trở tính bằng Ôm T - Thời gian tính bằng giây (s) Từ công thức trên ta thấy điện trở R có th đóng vai trò : - Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp - Dây nung : Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung gián tiếp. Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng đ nung những vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông và tròn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho nên nói đến lò điện trở không th không đề cập đến vật liều đ làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò. 1.3 - Cấu tạo lò điện trở Lò điện trở thông thường gồm ba phần chính : v lò, lớp lót và dây nung. 1.3.1 - Vỏ lò V lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu đ chị tải trọng trong quá trình làm việc của lò. Mặt khác v lò cũng dùng đ giữ lớp cách nhiệt rời và đảm bảo sự kín hoàn toàn hoặc tương đối của lò. Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cấn thiết v lò phải hoàn toàn kín, còn đối với các lò điện trở bình thường, sự kín của v lò chỉ cần giảm tổng thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò. Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có th làm v lò không bọc kín. Khung v lò cần cứng vững đủ đ chị được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò ( vật nung ) và các cơ cấu cơ khí gắn trên v lò. - V lò chữ nhật thườnng dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v - V lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 4 - V lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn v lò chữ nhật khi cùng một lượng kim loại đ chế tạo v lò. Khi kết cấu v lò tròn, người ta thường dùng thép tấm dày 3 - 6 mm khi đường kính v lò là 1000 – 2000 mm và 8 – 12 mm khi đường kính v lò là 2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kính v lò khoảng 4500 – 6500 mm. Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho v lò tròn, người ta dùng các vòng đệm tăng cường bằng các loại thép hình. V lò chữ ngật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình dáng thích hợp. V lò có th được bọc kín, có th không tuỳ theo yêu cầu kín của lò. Phương pháp gia công v lò loại này chủ yếu là hàn và tán. 1.3.2 - Lớp lót Lớp lót lò điện trở thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cách nhiệt. Phần vật liệu chịu lửa có th xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt tuỳ 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. Khối đầm có th tiến hành ngay trong lò và cũng có th 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 chuyn trong điều kiện làm việc. + Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn. + Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyn lò và ảnh hưởng của vật nung. + Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lò làm việc chu kỳ. Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 5 Phần cách nhiệt thường nằm giữa v lò và phần vật liệu chịu lửa. Mục đích chủ yếu của phần này là đ giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu. Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là : + Hệ số dẫn nhiệt cực tiu + Khả năng tích nhiệt cực tiu + ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định. Phần cách nhiệt có th xây bằng gạch cách nhiệt, có th điền đầy bằng bột cách nhiệt. 1.3.3 - Dây nung Theo đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung làm hai loại : dây nung kim loại và dây nung phi kim loại. Trong công nghiệp, các lò điện trở dùng phổ biến là dây nung kim loại. Chương 2: Sơ đồ mạch động lực 2.1 . Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng Thiristor 2.1.1. Sơ đồ tải đấu sao dùng thiristor có trung tính -Ưu đim: Điện áp trên các van bán dẫn nh hơn sơ đồ khác vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha. -Nhược đim: Sơ đồ này là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều hòa bậc cao, khi góc mở của van khác 0 có dòng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra. Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 6 2.1.2. Sơ đồ tải đấu sao dùng thiristor không trung tính Ưu đim: Nhược đim : Ở đây dòng điện chạy giửa các pha với nhau, nên đồng thời phảicấp xung điều khin cho hai thyristor của hai pha một lúc. Việc cung cấp xung điều khin như thế, đôi khi gắp khó khăn trong mạch, ngay cả việc đổi thứ tự pha nguồn lưới cũngcó th làm cho sơ đồ không hoạt động. 2.1.3.Sơ tải đấu tam giác dùng thiristor Ưu đim: -Số lượng van bán dẫn tại các chế độ sẽ giảm - Làm đơn giản hóa tín hiệu điều khin. Không cần thiết xung điều khin rộng hoặc xung khẳng định đ đàm bảo sơ đồ hoạt động. Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 7 Chỉ cần 1 xung đơn là đủ. Nhược đim: - Tuy nhiên nếu các Thyristor nối tam giác sẽ có điện áp ngược cực đại phải chịu là từ 1.5V m đến 3 V m . 2.2. Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng Triac 2.2.1. Sơ đồ tải đấu sao dùng Triac có trung tính Tương tự như sơ đồ tải đấu sao dùng 2 thiristor nối ngược có trung tính. Ưu đim hơn về mặt điều khin đối xứng và đơn giản về cách ghép. 2.2.2 Sơ đồ tải đấu sao dùng Triac không trung tính Tương tự như sơ đồ tải đấu sao dùng 2 thiristor nối ngược không trung tính. Ưu đim hơn về mặt điều khin đối xứng và đơn giản về cách ghép. Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 8 2.2.3Sơ tải đấu tam giác dùng Triac Tương tự như sơ đồ tải đấu sao dùng thiristor nối ngược nối tam giác Ưu đim hơn về mặt điều khin đối xứng và đơn giản về cách ghép. 2.3.Lựa chọn bộ điều áp xoay chiều - Với mạch động lực hình sao có trung tính, đòng điện chạy trên dây pha với dây trung nên việc điều khin giống bộ điều áp một pha nên mạch điều khin đơn giản  Ta chọn sơ đồ : Điều áp 3 pha dùng triac có trung tính với tải đấu sao. Chương 3 : Tính toán mạch động lực 3.1.Tính chọn van bán dẫn Điện áp trên van Uv =220V Ungmax = 2 .Uv = 310V Đ chọn van bán dẫn, ta chọn van bán dẫn có giá trị bằng 1,6 đến 2 lần Ungmax vậy chọn van có Udm = 600V Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 9 Dòng điện trên van : 4 6,1 3 . os 3.0,38.1 P Iv Uc     A Vì dòng van không quá lớn nên ta chọn cách làm mát bằng gió cưỡng bức, khi đó van có th chụi được dòng đến 40% dòng đanh định trên van. Chọn van có Idm= 15A Vậy ta chọn van BCR150B12 có Udm =600V, Idm =150A, I pinkmax = 2000A, Igmax =300mA, Ugmax =3V…. Chương 4: Mạch điều khiển 4.1. Nguyên tắc điều khiển Triac 4.1.1. Điều khiển Triac thẳng đứng tuyến tính Đ điều khin được góc mở anpha với điện áp giữa anot và catot U AK , ta phải tạo điện áp xung răng cưa U rc . Dùng điện áp răng cưa hoặc tam giác so sánh với điện áp điều khin U đk . Tại thời đim : U rc = U đk hoặc U tg = U đk thì ta phát xung điều khin. Bằng cách thay đổi U đk từ 0  U rcmax ta thay đổi góc mở α từ 1800 o . Đ n 1 Đi hc Bch khoa H Ni 10 Trong đó góc mở anpha được tính theo công thức: α =180- ∏ . Uđk Urc (Trong α tính theo đơn vị rađian) Ưu đim của sơ đồ này là góc mở α tuyến tính với U đk do đó dễ điều chỉnh, do vậy khi thiết kế ta chọn cách điều khin này. 4.1.2 . Điều khiển theo arcos Giả sử ta có nguồn U AK = U m .sin wt Ta đặt vào 1 điện áp đồng bộ vượt trước một góc ∏/ 2 khi đó: U đb = U m sin(wt + ∏/ 2)= U m . cos(wt) So sánh điện áp một chiều và điện áp đồng bộ. Tại thời đim U đb = U rc thì phát xung điều khin. Khi đó: s(α)= U đk α = arcos( Uđk Um ) Do vậy góc mở α ở đây sẽ không tuyến tính , chịu sự ảnh của điện áp và tần số. Do vậy việc điều khin sẽ gặp khó khăn. [...]... về lò điện trở 1.1 - Giới thiệu chung về lò điện ……………………………………….1 1.2 - Nguyên lý làm việc của lò điện trở 2 1 .3 - Cấu tạo lò điện trở 3 Chương 2: Sơ đồ mạch động lực thiết kế 2.1 Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng Thiristor………………… 5 2.2 Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng Triac……………………….7 2 .3. Lựa chọn bộ điều áp xoay chiều ………………………………… 8 Chương 3 : Tính toán mạch động lực 3. 1.Tính... 2.I1max 4.4.7 Khâu tạo điện áp điều khiển Vì nhiệt độ trong lò đạt tối đa 800 ̊C nên ta chọn cảm biến nhiệt độ là cặp nhiệt ngẫu loại K, có điện áp ra 4,06mV/ 100 ̊C Nhiệt độ cao nhất trong lò là 800 ̊C tra đồ thị ta được điện áp ra lớn nhất từ cặp nhiệt ngẫu là 33 ,28 mV Điện áp vào khâu so sánh với điện áp răng cưa tối đa là 10V nên hệ số khuếch đại điện áp phản hồi là 10/0, 033 28 =30 0,5 lần Giá trị Uđặt... Nội 4.2Sơ đồ khối mạch điều khiển 4 .3 Sơ đồ khối mạch tạo điện áp điều khiển Udk 4.4 Các khâu trong mạch điều khiển 4.4.1.Mạch đồng hai nửa chu kỳ Nhóm chỉnh lưu hai pha đối với 2 điot D1 và D2 có điện áp đồng pha với giá trị số hiệu dụng là 10V nên Ungmax=2√2Udp=28,3V chọn D1 và D2 là loại 1N4002 với tham số Itb=1A;Ungmax=100V .Điện trở cho tải chỉnh lưu R1=1kΩ Mạch so sánh tạo xung đồng bộ Chọn... Nội Kết luận Sau 1 kỳ thực hiện đồ án ,dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn,thầy Vũ Đức Trọng,chúng em đã hoàn thành bản thiết kế đồ án 1 “ Thiết kế lò điện trở” và đã đạt được 1 số kết quả như sau: 1-Hiểu được nguyên lý hoạt động của lò điện nói chung và lò điện trở nói riêng 2-Vận dụng những nguyên lý của mạch điều áp xoay chiều 3 pha vào thực tế 3- Biết cách thiết kế và tính toán... thông số sau : Vcc = 3 - 15 V Ta chọn Vcc = E = 15 V Công suất tiêu thụ : 2,5 nW / 1 cổng Ilv< 1mA Điện áp ứng với mức lôgic 1 là 2 - 4,5 V 16 Đồ án 1 Đại học Bách khoa Hà Nội 4.4.6.Khâu khuếch đại xung và máy biến áp xung Chọn biến áp xung có tỉ số bằng K =3, vậy tham số điện áp và dòng điện sơ cấp là: U1=U.K=6 .3= 24V(lấy điện áp điều khiển triac là 6V) I1=Ig/k=25mA /3= 8mA(dòng điều khiển triac... công suất phải có giá tri lớn hơn U1 dể bù sụt áp trên điện trở vì vậy chọn E =30 V Từ 2 giá trị I1 và E chọn bóng Q2 loại BD 135 có tham số: Uce =45V.Icmax =1.5A; tra bảng có: H2min =40 Ta có R11  E 35   23, 3 chọn R11 =1kΩ Icp 1,5 Kiểm tra độ sụt áp trên điện trỏ này khi dẫn dòng là: UR11 =I1.R11=8m.1k=8V suy ra điện áp còn trên máy biến áp là: U1=E-UR11 =35 V-8V=27V và lớn hơn 18V Tuy nhiên để tăng... áp BZX79 có UDZ=10V Chọn tụ C1=220nF Chọn R5 theo công thức R5 = E.Tp 14.9, 44.10 3 = =60kΩ Udz.C 10.0, 22.106 Tính điện trở R4 theo thời gian để tụ C1 nạp điện là Tn =T/2-Tp=10ms-9,44ms=0,56ms Điện áp bão hòa của OA là Ubh=E-1,5=12,5 R4≤ Ubh  0, 7  C.Udz E  Tn R5 12,5  0, 7 =3, 35kΩ.chọn R4=2kΩ 0, 22.106.10 14  0,56.10 3 60.1 03 Mạch mô phỏng 13 Đồ án 1 Đại học Bách khoa Hà Nội 4.4 .3. Mạch... điện trở R2=15kΩ Chọn góc điều khiển 1700,có nghĩa là góc điều chỉnh nhỏ nhất phải là αmin=0,5.(18001700)=50;thì điện áp ngưỡng sẽ bằng : Ung=√2Udpsinαmin=√2.10.sin50=1,23V.Tuy nhiên nếu tính đến sụt áp trên điốt chỉnh lưu thì ngưỡng này giảm đi cỡ 0,5V;do đó Ung sẽ có giá trị sấp sỉ 0,7V Chọn dòng phân áp RV1 và R3 là 1mA vậy tổng trở trên bộ phân áp R∑ = E = I 14 =14kΩ 110 3 Từ đây chọn phân áp. .. chiều ………………………………… 8 Chương 3 : Tính toán mạch động lực 3. 1.Tính chọn van bán dẫn………………………………………………11 Chương 4: Mạch điều khiển 4.1 Nguyên tắc điều khiển Triac…………………………………………9 4.2.Sơ đồ khối mạch điều khiển…………………………………………11 4 .3 Sơ đồ khối mạch tạo điện áp điều khiển……………………………… 11 4.4.Các khâu trong mạch điều khiển……………… ………………………11 Chương 5: Mô phỏng trong proteus………………………………………… 20 Kết luận………………………………………………………………………... thể dùng thêm tụ C3 tăng cường áp được tính như sau: Tấn số xung chùm 10kHz tương ứng với 1 chu kỳ là 100µs 17 Đồ án 1 Đại học Bách khoa Hà Nội Cho rằng đối xứng thì khoảng nghỉ bằng nửa T suy ra tn=50µs Vậy C3  50.106 tn   1,66.10-8 chọn C3 =1nF 3 3.10 3R11 Bóng Q1 chọn BC 107 có Uce=45V.ICmax=0,1A H1min=110 Vậy điện trở đầu vào lấy theo trị số: R12< H 1.H 2.E 40.110 .35   107 kΩ, chọn . i m: Nhược i m : Ở đây dòng i n chạy giửa các pha v i nhau, nên đồng th i phảicấp xung i u khin cho hai thyristor của hai pha một lúc. Việc cung cấp xung i u khin như thế, đ i khi. giác dùng Triac Tương tự như sơ đồ t i đấu sao dùng thiristor n i ngược n i tam giác Ưu i m hơn về mặt i u khin đ i xứng và đơn giản về cách ghép. 2 .3. Lựa chọn bộ i u áp xoay chiều. =30 0mA, Ugmax =3V…. Chương 4: Mạch i u khiển 4.1. Nguyên tắc i u khiển Triac 4.1.1. i u khiển Triac thẳng đứng tuyến tính Đ i u khin được góc mở anpha v i i n áp giữa anot và catot