Đề tài Thiết kế môn học điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lề điện trở

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MễN HỌC: ĐIỀU CHỈNH VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ LỀ 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 Doún 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 gỳc 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. Khừu đồng pha......................................................................... 2-2. Khừu tạo điện ỏp răng cưa (Utựa) ............................................. 2-3. Khừu so sỏnh ........................................................................... 2-4. Khừu phỏt xung chựm ............................................................. 2-5. Chọn cổng AND ...................................................................... 2-6. Khừu khuếch đại xung và biến ỏp xung .................................. 2-7. Khừu 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 đỳng một vai trũ rất quan trọng. Năng lượng nhiệt cỳ thể được dựng để nung nỳng, sấy khụ... Vỡ vậy việc sử dụng nguồn năng lượng này một cỏch hợp lý và cỳ hiệu quả là rất cần thiết. Lũ điện trở được ứng dụng rất rộng rúi 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. Đừy cũng chớnh là yờu cầu của đồ ỏn mụn học điện tử cụng suất mà em đú được giao. Đồ ỏn đú 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 Lớ 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 rúi 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 cỳ 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 cỳ những ưu điểm sau : - Cỳ 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 - Cỳ 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 cỳ 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 cỳ một dũng điện chạy qua một dừy dẫn hoặc vật dẫn thỡ ở đỳ sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun- Lenxơ : Q=I2RT 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 giừy (s) Từ cụng thức trờn ta thấy điện trở R cỳ thể đỳng vai trũ : - Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp - Dừy nung : Khi dừy nung được nung nỳng nỳ 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 nỳ chỉ dựng để nung những vật cỳ 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 nỳi đến lũ điện trở khụng thể khụng đề cập đến vật liều để làm dừy nung, bộ phận phỏt nhiệt của lũ. 2 - Những vật liệu dựng làm dừy nung a) - Yờu cầu của vật liệu dựng làm dừy nung Dừy nung là bộ phận phỏt nhiệt của lũ, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt do đỳ đũi hỏi phải đảm bảo cỏc yều cầu sau : + Chịu nỳng tốt, ớt bị ụxy hoỏ ở nhiệt độ cao + Phải cỳ 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)- Dừy nung kim loại Để đảm bảo yờu cầu của dừy nung, trong hầu hết cỏc lũ điện trở cụng nghiệp, dừy nung kim loại đều được chế tạo bằng cỏc hợp kim Crụm-Nhụm và Crụm-Niken là cỏc hợp kim cỳ điện trở lớn. Cũn cỏc kim loại nguyờn chất được dựng để chế tạo dừy nung rất hiếm vỡ cỏc kim loại nguyờn chất thường cỳ những tớnh chất khụng cỳ lợi cho việc chế tạo dừy nung như : + Điện trở suất nhỏ + Hệ số nhiệt điện trở lớn + Bị ụxy hoỏ mạnh trong mụi trường khớ quyễn bỡnh thường Dừy nung kim loại thường được chế tạo ở dạng trũn và dạng băng c) - Dừy nung phi kim loại Dừy 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 cỳ nghĩa là cấu tạo lũ khụng những phự hợp với quỏ trỡnh cụng nghệ yờu cầu mà cọn tớnh đến khả năng sử dụng nỳ 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 nỳ. 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 nỳ 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 đỳ 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 dừy 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 ) cỳ thể dẫn đến làm hư hỏng sản phẩm, lúng 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 đỳ 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 : dừy nung, băng tải v.v... 4 - Tiện lợi khi sử dụng Tiện lợi khi sử dụng nghĩa là yờu cầu - Số nhừn viờn phục vụ tối thiểu - Khụng yờu cầu trỡnh độ chuyờn mụn cao, khụng yờu cầu sức lực và sự dẻo dai của nhừn 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 cừu như sau : - Tiờu hao vật liệu ớt nhất, đặc biệt là cỏc vật liệu quớ và hiếm ( cỏc kim loại mầu, cỏc hợp kim cỳ 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 cỳ 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 khừu gia cụng cơ khớ khụng hợp lý. 6 - Hỡnh dỏng bề ngoài đẹp Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, cỏc khừu và cỏc chi tiết phải cỳ 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 cỳ quan hệ khăng khớt với nhau. Việc gia cụng lần chỳt như sơn cỳ 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 lỳt và dừy 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 cỳ thể làm vỏ lũ khụng bọc kớn. Khung vỏ lũ cần cứng vững đủ để chị được tải trọng của lớp lỳt, 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. Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lũ trũn, người ta dựng cỏc vũng đệm tăng cường bằng cỏc loại thộp hỡnh. Vỏ lũ chữ ngật được dựng lờn nhờ cỏc thộp hỡnh U, L và thộp tấm cắt theo hỡnh dỏng thớch hợp. Vỏ lũ cỳ thể được bọc kớn, cỳ thể khụng tuỳ theo yờu cầu kớn của lũ. Phương phỏp gia cụng vỏ lũ loại này chủ yếu là hàn và tỏn. 2 - Lớp lỳt Lớp lỳt lũ điện trở thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cỏch nhiệt. Phần vật liệu chịu lửa cỳ thể xừy bằng gạch tiờu chuẩn, gạch hỡnh và gạch hỡnh đặc biệt tuỳ theo hỡnh dỏng và kớch thước đú cho của buồng lũ. Cũng cỳ khi người ta đầm bằng cỏc loại bột chịu lửa và cỏc chất dớnh dết gọi là cỏc khối đầm. Khối đầm cỳ thể tiến hành ngay trong lũ và cũng cỳ thể tiến hành ở ngoài nhờ cỏc khuụn. Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo cỏc yờu cầu sau : + Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lũ. + Cỳ độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc. + Cỳ đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điều kiện làm việc. + Đảm bảo khả năng gắn dừy nung bền và chắc chắn. + Cỳ đủ độ bền hoỏ học khi làm việc, chịu được tỏc dụng của khớ quyển lũ và ảnh hưởng của vật nung. + Đảm bảo khả năng tớch nhiệt cực tiểu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lũ làm việc chu kỳ. Phần cỏch nhiệt thường nằm giữa vỏ lũ và phần vật liệu chịu lửa. Mục đớch chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riờng đối với đỏy, phần cỏch nhiệt đũi hỏi phải cỳ độ bền cơ học nhất định cũn cỏc phần khỏc nỳi 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 cỳ thể xừy bằng gạch cỏch nhiệt, cỳ thể điền đầy bằng bột cỏch nhiệt. 3 - Dừy nung Theo đặc tớnh của vật liệu dựng làm dừy nung, người ta chia dừy nung làm hai loại : dừy nung kim loại và dừy nung phi kim loại. Trong cụng nghiệp, cỏc lũ điện trở dựng phổ biến là dừy nung kim loại. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA I - Mạch điều ỏp xoay chiều ba pha : Như đú nỳi ở trờn, cụng suất ra tải của lũ được tớnh theo cụng thức: P = 3. t 2 f R U Như vậy, để thay đổi cụng suất đưa ra tải , ta cỳ thể thay đổi hoặc . Tuy nhiờn, trong thực tế, người ta thường chọn cỏch thay đổi để cỳ thể thay đổi cụng suất ra tải. tR fU fU Khi cỳ sẵn một nguồn điện xoay chiều, để cỳ thể thay đổi điện ỏp ra tải ta cỳ 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 gỳc mở van ). Do diot chỉ cỳ thể dẫn dũng theo một chiều mà ta lại yờu cầu điện ỏp ra tải là xoay chiều nờn trong mạch điều ỏp xoay chiều người ta khụng dựng diot mà dựng triac vỡ đừy là loại van bỏn dẫn duy nhất cho phộp dũng điện xoay chiều đi qua nỳ. Tuy nhiờn, do triac khụng thụng dụng bằng thyristor nờn thực tế người ta thường dựng sơ đồ 2 thyristor đấu song song ngược nhau thay cho triac như hỡnh dưới : Cỏc van T1, T2 lần lượt dẫn dũng theo 1 chiều xỏc định nờn dũng qua cặp thyristor đấu song song ngược này là dũng xoay chiều. Cỏc van thyristor được phỏt xung điều khiển lệch nhau gỳc 180 độ điện để đảm bảo dũng qua cặp van là hoàn toàn đối xứng. Một ưu điểm của việc sử dụng hai van thyristor đấu song song ngược nhau thay thế cho triac trong nạch điều ỏp xoay chiều là khả năng điều khiển để mở và khoỏ thyristor dễ dàng hơn nhiều so với triac. Ta cỳ đồ thị dạng điện ỏp ra của mạch điều ỏp xoay chiều : Cỏc mạch điều ỏp xoay chiều cỳ 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 , bỳng 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 sỳng hài hỡnh 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, tải mắc hỡnh sao( Y ) hoặc tải hỡnh tam giỏc ( ). Quỏ trỡnh làm việc của mạch điều ỏp xoay chiều ba pha phức tạp hơn nhiều so với mạch một pha vỡ ở đừy cỏc pha ảnh hưởng mạnh Δ sang nhau và nỳ cũn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như sơ đồ đấu van, gỳc điều khiển cụ thể, tớnh chất tải... Hỡnh trờn là sơ đồ thường dựng nhất, đỳ là sơ đồ cỳ sỏu thyristor đấu thành ba cặp song song ngược. II - Quan hệ giữa gỳc điều khiển và cụng suất ra tải Khi phừn tớch hoạt động của sơ đồ ta cần xỏc định rừ xem trong cỏc giai đoạn sẽ cỳ bao nhiờu van dẫn và nhờ cỏc quy luật dưới đừy ta cỳ thể cỳ được biểu thức điện ỏp của từng giai đoạn, từ đỳ mới tiến hành tớnh toỏn. Dưới đừy là cỏc quy luật dẫn dũng của van trong mạch điều ỏp xoay chiều ba pha:  Nếu mỗi pha cỳ một van dẫn thỡ toàn bộ điện ỏp ba pha nguồn đều nối ra tải.  Nếu chỉ hai pha cỳ van dẫn thỡ một pha nguồn bị ngắt ra khỏi tải, do đỳ điện ỏp đưa ra tải là điện ỏp dừy nào cỳ van đang dẫn.  Khụng thể cỳ trường hợp chỉ cỳ một pha dẫn dũng. Dựa vào quy luật dẫn dũng của van trong từng giai đoạn mà ta cỳ thể xừy dựng được đồ thị điện ỏp ra của mạch điều ỏp xoay chiều ba pha. Tiếp theo, từ những biểu thức điện ỏp của từng giai đoạn đỳ ta lại cỳ thể tớnh toỏn được cỏc đại lượng cần tớnh như điện ỏp, dũng điện, cụng suất... Ta xột hoạt động của mạch điều ỏp xoay chiều ba pha dựng sỏu thyristor đấu song song ngược, tải thuần trở đấu hỡnh sao ở trờn và dựng đồ thị quan hệ giữa cụng suất tải và gỳc α : Cụng suất tải là : R.I.3P 2= trong đỳ I là trị số hiệu dụng của dũng điện tải. Dũng điện này biến thiờn theo hai trong ba quy luật dẫn dũng của van như sau : • Nếu mỗi pha cỳ một van dẫn ( hay toàn mạch cỳ ba van dẫn) : )sin( R3 Ui dm ϕ+θ= • Nếu chỉ cỳ hai van dẫn (hay toàn mạch cỳ hai van dẫn ) : )sin( R2 U i dm ϕ+θ= trong đỳ : là biờn độ điện ỏp dừy. dmU ϕ là gỳc lệch pha giữa điện ỏp và dũng điện ở giai đoạn đang xột. Tuỳ thuộc vào gỳc điều khiển mà cỏc giai đoạn cỳ ba van dẫn hoặc hai van dẫn cũng thay đổi theo. Ta thấy cỳ ba khoảng điều khiển chớnh : 1) Khoảng dẫn của van ứng với α = 0 ữ : o60 Trong phạm vi này sẽ cỳ cỏc giai đoạn ba van và hai van dẫn xen kẽ nhau như đồ thị dưới đừy : Dựa vào đồ thị ta cỳ thể xỏc định được biểu thức liờn quan giữa cụng suất ra tải P và gỳc điều khiển α : R.I.3P 2= = )d 3 sind 4 sind 3 sind 4 sind 3 sin( R U3 3 2 23 2 3 2 23 2 3 23/ 3 3 222 dm θθ+θθ+θθ+θθ+θθπ ∫∫∫∫ ∫ π α+π α+π π π α+π π α α+π π = ] 8 2sin 46 [ R U3 2dm α+α−ππ (1) 2) Khoảng van dẫn ứng với α = 60 ữ : o90 Trong phạm vi này luụn chỉ cỳ cỏc giai đoạn hai van dẫn. Ta cỳ đồ thị điện ỏp ra ở dưới : Dựa vào đồ thị ta cỳ thể xỏc định được biểu thức liờn quan giữa cụng suất ra tải P và gỳc điều khiển α : R.I.3P 2= = ]d 4 sind 4 sin[ R U3 36 5 32 36 5 32 222 dm θθ+θθπ ∫ ∫ α+π−π α+π−π α+π−π α+π−π = ]2cos 16 32sin 16 3 12 [ R U3 2dm α+α+ππ (2) 3) Khoảng van dẫn ứng với α = 90 ữ : o150 Trong phạm vi này chỉ cỳ cỏc giai đoạn hai van dẫn hoặc khụng cỳ van nào dẫn xen kẽ nhau. Ta cỳ đồ thị điện ỏp ra như ở dưới : Dựa vào đồ thị ta cỳ thể xỏc định được biểu thức liờn quan giữa cụng suất ra tải P và gỳc điều khiển α : R.I.3P 2= = ∫ ∫π α+π−π π α+π−π θθ+θθπ 32 32 222 dm ]d 3 sind 4 sin[ R U3 = ]2sin 16 12cos 16 3 424 5[ R U3 2dm α+α+α−ππ (3) Theo ba biểu thức (1), (2), (3) và cho cỏc giỏ trị α khỏc nhau và lấy P ở α = 0 là 100% ta cỳ bảng cỏc giỏ trị và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa cụng suất ra tải P và gỳc điều khiển α : α P% α P% 0 100 90 29,3 20 98,6 100 18,1 30 95,6 110 9,7 40 90,2 120 4,3 50 81,8 130 1,3 60 70,6 140 0,1 70 57,16 150 0 80 42,8 Nhận xột : cụng suất đưa ra tải là lớn nhất khi gỳc 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 cỳ ba van dẫn thỡ điện ỏp rơi trờn điện trở tải là điện ỏp dừy, khi mạch cỳ hai van dẫn thỡ điện ỏp rơi trờn điện trở tải giữa hai dừy đỳ là điện ỏp dừy cũn điện ỏp rơi trờn hai điện trở cũn lại bằng một nửa điện ỏp dừy. CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC I - Tớnh chọn van bỏn dẫn Trong mạch điều ỏp xoay chiều ba pha dựng cho lũ điện dưới đừy ta sử dụng mạch điều ỏp xoay chiều ba pha sỏu thyristor đấu song song ngược, tải thuần trở đấu sao. Cỏc biểu thức thể hiện quan hệ giữa cụng suất ra tải P và gỳc điều khiển α : Với α = 0 ữ : o60 P = ] 8 2sin 46 [ R U3 2dm α+α−ππ Với α = 60 ữ 90o : P = ]2cos 16 32sin 16 3 12 [ R U3 2dm α+α+ππ Với α = 90 ữ 150o : P = ]2sin 16 12cos 16 3 424 5[ R U3 2dm α+α+α−ππ Cụng suất định mức của lũ điện là = 40 (kw) dmP Tổn hao của lũ điện PΔ = 3 (kw) Trong thực tế, lũ điện cỳ thể coi là hộ tiờu dựng điện loại một, nghĩa là nguồn cung cấp cho lũ điện là ổn định. Tuy nhiờn, để đảm bảo hiệu quả cũng như sự an toàn trong hoạt động của lũ điện, ta sẽ chọn một lượng cụng suất dự trữ cho lũ điện đề phũng trường hợp điện ỏp nguồn vỡ một lý do nào đỳ bị sụt ỏp . Ngoài ra, trong quỏ trỡnh hoạt độngcua mỡnh, lũ điện cũng chịu thờm một số tổn thất khỏc như tổn thất trờn cỏc van bỏn dẫn, tổn thất trờn đường dừy... nhưng do khụng đỏng kể so với tổng tổn thất vỡ nhiệt của lũ nờn ta cỳ thể bỏ qua. Khi α = 0 thỡ điện ỏp ra tải là hỡnh sin hoàn toàn và đồng thời cụng suất ra tải cũng đạt cụng suất lớn nhất P = vỡ vậy để đảm bảo đủ bự cỏc tổn hao đú nỳi ở trờn ta chọn cụng suất lớn nhất của lũ ứng với khi gỳc điều khiển α = 0 là : maxP P = = 50 (kw) maxP Dựa vào cụng thức (1) ta tớnh được cụng suất ra tải khi α = 0 t 2 dm max R2 UP = ặ 3 2 max 2 dm t 10.50.2 380 P2 UR == = 1,444 (Ω) ta xỏc định được dừy điện trở của lũ cỳ giỏ trị là 1,444 (Ω). Từ đừy, dựa vào cụng nghệ chế tạo ta cỳ thể tiến hành thiết kế chi tiết cho dừy điện trở để cỳ thể đảm bảo được cỏc yờu cầu kinh tế kĩ thuật của lũ điện. Tiếp theo, ta tiến hành chọn van thụng qua cỏc thụng số kỹ thuật của van là điện ỏp ngược lớn nhất, dũng trung bỡnh qua van ... Như đú nỳi ở trờn, hoạt động của mạch điều ỏp xoay chiều cũng tương tự như mạch chỉnh lưu, cụ thể là mạch điều ỏp xoay chiều ba pha sỏu thyristor đấu song song ngược cỳ nguyờn lý hoạt động trong một chu kỳ cũng giống như nguyờn lý của mạch chỉnh lưu ba pha hỡnh tia. Vỡ vậy, ta cỳ thể hoàn toàn ỏp dụng cỏc thụng số chọn van của mạch chỉnh lưu ba pha hỡnh tia cho mạch điều ỏp xoay chiều ba pha sỏu thyristor đấu song song ngược. Cụ thể : Điện ỏp ngược lớn nhất trờn van : dmfmaxng U2U6U == ặ 537380.2U maxng == (V) Nhận xột : khi gỳc điều khiển α = 0 điện ỏp ra tải là hỡnh sin và như vậy, dũng trung bỡnh qua van lỳc này là lớn nhất. Từ đừy ta cỳ thể xỏc định được giỏ trị dũng điện trung bỡnh qua van. ∫π θπ= 0 maxmaxtb sinI2 1I (do tải thuần trở nờn i trựng pha với u ) ặ )]0cos(cos[ R2 UI maxfmaxtb −−π−π= ặ 444,1. 2.220I maxtb π= = 68,6 (A) Khi chọn van ta phải chỳ ý đến điều kiện làm mỏt cho van vỡ khi hoạt động, van toả nhiệt rất lớn nờn điều kiện làm mỏt cho van sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả cũng như tuổi thọ của van. Nếu van hoạt động trong điều kiện được làm mỏt bằng khụng khớ nhờ cỏnh tản nhiệt thỡ van cỳ thể làm việc tốt với 25% dũng định mức. Nếu van làm việc trong điều kiện làm mỏt bằng quạt giỳ cưỡng bức thỡ van cỳ thể chịu được đến 30 ữ 60% dũng định mức. Nếu làm mỏt bằng nước thỡ van cỳ thể chịu được đến 80% dũng định mức. Thụng thường trong cụng nghiệp thỡ van phải được làm mỏt tồi nhất là bằng khụng khớ cỳ quạt giỳ cưỡng bức. Trong nhiệm vụ thiết kế là điện này thỡ dũng qua van khụng quỏ lớn nờn ta cỳ thể chọn chế độ làm mỏt cho van bằng khụng khớ cỳ quạt giỳ cưỡng bức. Ta chọn cỏc điều kiện thớch hợp để van cỳ thể chịu dũng tới 40% dũng định mức của van. Khi đỳ: tbI = %40 I maxtb = %40 6,68 = 172 ( A ) Để chọn giỏ trị của điện ỏp ngược lớn nhất trờn van, ta sẽ chọn thờm hệ số dự trữ điện ỏp = 1,6 ữ 2 uk ta chọn : = 1,6 uk ngU = . = 1,6 . 537 uk maxngU = 860 (V) Từ cỏc giỏ trị của và , tra trong sổ tay ta chọn được van C358 do húng G.E của Mỹ chế tạo với cỏc thụng số sau : tbI ngU ngU = 500 ữ 1200 ( V ) tbI = 225 ( A ) 200 dt di max = ........ Kết luận, trong mạch điều ỏp xoay chiều ba pha dựng cho lũ điện này ta cần dựng sỏu van thyristor C358 do húng G.E của Nhật Bản chế tạo. II - Tớnh toỏn bảo vệ van bỏn dẫn Trong quỏ trỡnh van hoạt động thỡ van phải được làm mỏt để van khụng bị phỏ hỏng về nhiệt vỡ vậy ta đú tớnh toỏn chế độ làm mỏt cụ thể cho van rồi. Tuy nhiờn, van cũng cỳ thể bị hỏng khi van phải chịu tốc độ tăng dũng, tăng ỏp quỏ lớn. Để trỏnh hiện tượng quỏ dũng, quỏ ỏp trờn van dẫn đến hỏng van ta phải cỳ những biện phỏp thớch hợp để bảo vệ van. Biện phỏp bảp vệ van thường dựng nhất là mắc mạch R, C song song van để bảo vệ quỏ ỏp và mắc nối tiếp cuộn khỏng để hạn chế tốc độ tăng dũng. Do tải của lũ điện là tải thuần trở nờn khi van cỳ tớn hiệu điều khiển mở thỡ dũng qua van sẽ tăng đột ngột với tốc độ tăng dũng rất lớn sẽ gừy hỏng van. Vỡ vậy, người ta cần phải mắc vào trước van một cuộn dừy để hạn chế tốc độ tăng dũng. Cuộn dừy được dựng là một cuộn khỏng búo hoà cỳ đặc tớnh là: khi dũng qua cuộn khỏng ổn định thỡ điện cảm của cuộn khỏng hầu như bằng khụng và lỳc này cuộn dừy dẫn điện như một dừy dẫn bỡnh thường. Ta cỳ mạch như hỡnh vẽ: Để tớnh toỏn giỏ trị của cuộn khỏng ta xột quỏ trỡnh quỏ độ trong mạch: U = i.R + L.f dt di Ta thấy rằng tốc độ tăng dũng lớn nhất là: dt di max = L Uf Để đảm bảo an toàn cho van ta phải chọn L sao cho di/dt max phải nhỏ hơn tốc độ tăng dũng chịu được của van, hay là: dt di max < 200 A/μs ặ L Uf < 200 A/μs ặL > 6f10.200 U − = 610.200 2.220 − = 1,555 μH Ta chọn cuộn khỏng búo hoà cỳ giỏ trị là 1,6 μH, loại lừi khụng khớ vỡ điện cảm nhỏ. Sau khi tớnh toỏn bảo vệ chống tốc độ tăng dũng ta tớnh toỏn bảo vệ quỏ ỏp cho van. Người ta chia ra hai loại nguyờn nhừn gừy nờn quỏ ỏp: 1 - Nguyờn nhừn nội tại: là do sự tớch tụ điện tớch trong cỏc lớp bỏn dẫn. Khi khoỏ van thyristor bằng điện ỏp ngược, cỏc điện tớch nỳi trờn đổi ngược lại hành trỡnh, tạo ra dũng điện ngược trong thời gian rất ngắn. Sự biến thiờn nhanh chỳng của dũng điện ngược gừy nờn sức điện động cảm ứng rất lớn trong cỏc điện cảm, vốn luụn luụn cỳ của đường dừy nguồn dẫn đến cỏc thyristor. Vỡ vậy, giữa anốt và catốt của thyristor xuất hiện quỏ điện ỏp. Ta cỳ đồ thị thể hiện quỏ trỡnh biến thiờn của điện ỏp và dũng điện trờn van: 2 - Nguyờn nhừn bờn ngoài: những nguyờn nhừn này thường xẩy ra ngẫu nhiờn như khi đỳng cắt khụng tải một mỏy biến ỏp trờn đường dừy, khi một cầu chỡ bảo vệ nhẩy, khi cỳ sấm sột ... Để bảo vệ quỏ điện ỏp do tớch tụ điện tớch khi chuyển mạch gừy nờn người ta dựng mạch RC đấu song song với thyristor như hỡnh dưới: Thụng số của R, C phụ thuộc vào mức độ quỏ điện ỏp cỳ thể xảy ra, tốc độ biến thiờn của dũng điện chuyển mạch, điện cảm trờn đường dừy, dũng điện từ hoỏ mỏy biến ỏp ...Việc tớnh toỏn thụng số của mạch R, C rất phức tạp, đũi hỏi nhiều thời gian nờn ta sẽ sử dụng phương phỏp xỏc định thụng số R, C bằng đồ thị giải tớch, sử dụng những đường cong đú cỳ sẵn. Cỏc bước tớnh toỏn như sau: - Xỏc định hệ số quỏ ỏp theo cụng thức: k = im imp U.b U với là giỏ trị cực đại cho phộp của điện ỏp ngược đặt trờn diot hoặc thyristor một cỏch khụng chu kỳ, tra trong sổ tay tra cứu. impU là giỏ trị cực đại của điện ỏp ngược thực tế đặt trờn diot hoặc thyristor. imU b là hệ số dự trữ an toàn về điện ỏp, b = 1 ữ 2 - Xỏc định cỏc thụng số trung gian: )k(C*min , , )k(R * max )k(R * min bằng cỏch tra trong đồ thị trong sổ tay tra cứu - tớnh dt di max khi chuyển mạch như ở phần tớnh toỏn cuộn khỏng búo hoà. - Xỏc định điện lượng tớch tụ Q = f( dt di ), sử dụng cỏc đường cong cho trong sổ tay tra cứu để xỏc định. - Tớnh toỏn cỏc giỏ trị của R, C theo cụng thức: C = im * min U Q.2.C Q2 LURR Q2 LUR im*maxim * min ≤≤ trong đỳ L là điện cảm của mạch RLC Tuy nhiờn, trong thực tế, khi tớnh toỏn thiết kế bảo vệ van thỡ rất khỳ cỳ thể cỳ đầy đủ tất cả cỏc đường cong đặc tớnh cần thiết nờn người ta thường chọn giỏ trị của R, C theo kinh nghiệm: R = 20 ữ 100 ( Ω ) ; C = 0,4 ữ 1 ( μF ) Với dũng qua van nhỏ, ta chọn giỏ trị R lớn, C nhỏ.Với dũng qua van lớn, ta chọn giỏ trị R nhỏ, C lớn. Theo tớnh toỏn, dũng qua van bằng 68,6 A khụng phải là lớn nờn ta chọn giỏ trị của R, C như sau: R = 100 Ω C = 0,47 μF ( cỏc giỏ trị chuẩn) Ngoài ra, trong mạch lực cũng cần cỳ thờm cỏc thiết bị bảo vệ ngắn mạch, quỏ tải ... như ỏptụmỏt, cầu chỡ ...ở mỗi pha và cầu chỡ ở trước mỗi van để tăng cao tớnh an toàn cho mạch. Ta cỳ mạch hoàn chỉnh như ở dưới : CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN I. Nguyờn tắc chung của mạch điều khiển 1. Thyristor chỉ mở cho dũng chảy qua khi thoả mún hai điều kiện : UAK > 0 IG > 0 Khi thyristor chuyển sang trạng thỏi dẫn thỡ cực điều khiển khụng cũn tỏc dụng. Thyristor chỉ trở về trạng thỏi khoỏ nếu dũng điện IA < IH. ( IH : 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 : dtdi It Hx / = 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 bộ với điện ỏp A-K của thyristor ). Hiệu điện ỏp | Uđk – Ut | đưa vào khừu so sỏnh. (1) : làm việc như một trigơ. Đầu ra nhận được một chuỗi xung chữ nhật. (2) : khừu tạo xung. (3) : khừu khuếch đại xung. (4) : khừu biến ỏp xung. Thay đổi Uđk cỳ thể điều ung điều khiển tức là điều chỉnh đư gỳc α. 3. Nguyờn tắc điều khiển. a. Nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tớnh : Uđk + Ut đưa đến đầ ỏnh bằng cỏnh làm biến đổi Uđk ta cỳ thể điều chỉnh n xung tức là điều chỉnh được 0 ta cỳ α = 0 k 0 chỉnh được vị trớ x ợc Cỳ hai nguyờn tắc : u vào của một khừu so s được thời điểm xuất giệ gỳc α. Khi Uđk = Khi Uđ Quan hệ giữa α và Uđk như sau : maxtU dkUπα = Ta lấy Uđkmax = Utmax. b. Nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”. Nguyờn tắc này dựng hai điện ỏp : t thỡ Ut = Bcosωt ). khiển đư c theo hai hướng dương và ừm. Ut + Uđk được đưa đến đầu vào khừu so sỏnh . Khi Ut + Uđk = 0 ta nhận được một xung ở = arccos( -U /B ). Khi Nguy ử dụng trong cỏc thiết bị chỉnh lưu chất lượng cao. Điện ỏp động bộ Ut vượt trước điện ỏp A-K của thyristor một gỳc bằng π/2. ( Nếu UAK = Asinω UAK cỳ thể điều ợ đầu ra của khừu so sỏnh. U + Bcosα = 0 đk ⇒ α đk Thường lấy B = U . đkmax Uđk = 0 thỡ α = π/2. ờn tắc này được s Nhận xột : Yờu cầu của điều ỏp xoay chiều ba pha cỳ thể dựng nguyờn tắc ều khiển thẳnđi g đứng tuyến tớnh vỡ nỳ đơn giản và đỏp ứng được yờu cầu c. T sensơ nhiệt độ biến tớnh hiệu nhiệt thành tớn hiệu đi điện này được đưa qua iển. n a sơ đồ. ấp mỏy biến ỏp đồng pha. Điện ỏp phần thứ cấp là điện ỏp đồng pha. Ta chỉ lấy điện ỏp U21, U22 để dẫn giải : U21 được s sỏnh mức điện ỏp 0V, qua D1 chỉ lấy xung vuụng U1 . c điện ỏp 0V, qua D1 chỉ lấy xung vuụng U2. gồm R3, R4,R5, R6, D1, D2, ện ỏp răng cưa U3. dương U4. Uđk cỳ thể thay đổi, khi ỏ m | Uđk | gỳc phỏt xung giảm đi làm điện ỏp đầu ra đ ản hồi ừm để ổn định ở một điện ỏp nhất ột nhiệt độ nhất định ). U x được đưa qua con AND. Đầu ra AND là xung suất ( khuyếch đại dũng ). Đưa xung qua biến ỏp xung BAX, cho độ rộng xung và biờn độ xung như mong muốn. mạch lự ớn hiệu phản hồi là ện, bao gồm sơ đồ cầu R9, R10, R11, R*, En. Tớn hiệu bộ khuếch đại ( R12, R13, R14, IC A5 ), sau đỳ 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 kh A. Nguyờ lý hoạt động củ Cấp nguồn 220V cho cuộn sơ c o U22 được so sỏnh ở mứ U1 và U2 được đưa qua bộ tạo điện ỏp răng cưa ( D3, A3, T1,T2 ), đầu ra sẽ nhận được đi Uđk được so sỏnh với U3 qua A4, cho xung chữ nhật vuụng. Xung chữ nhật vuụng này qua D4 chỉ lấy xung chữ nhật nhiệt độ tăng | Uđk | giảm, gỳc phỏt xung lớn lờn làm điện p đầu ra của thyristor giảm và ngược lại, khi nhiệt độ giả của thyristor tăng. ( Khừu phản hồi iện ỏp là ph định, tương ứng với m Xung 4 và xung chựm U chựm. Xung chựm này được qua T3, T4 mắc đalinhtơn để khuyếch đại cụng Bộ phỏt xung chựm là đa hài tự dao động gồm R11, R12, R13, C2 và IC A4, qua D6 lấy xung chựm dương. Trong mạch điều khiển ta chọn toàn bộ IC là TL084 cỳ cỏc thụng số : Vcc = ± 15V Điốt trong mạch điều khiển là loại 1N4009 cỳ cỏc thụng số : Đ P tiờu thụ = 680 MW Rin = 106 MΩ U1 = Urabh = ±13 (V) U2 = Urabh = ±13 (V) I = 10 A lvmax U = 25 V ngược Umở = 1 V iốt Zenner là loại BZD23-C9V1 cỳ cỏc thụng số : U = 9 V DZ 1. Khừu đồng pha. U21 = 10 2 sinωt (V) U22 = -10 2 sinωt (V) Cho qua bộ so sỏnh so với điện ỏp 0V. Tớn hiệu ra như hỡnh vẽ ( bộ so sỏnh đảo ). Chỳ ý : Ilv < 1 mA do đỳ : U21/R1 < 1 mA ⇒ R1 > 10/1 = 10 KΩ Ta chọn R1 = R2 = R1’ = R2’ = 15 KΩ 2. Khừu tạo điện ỏp răng cưa ( Utựa ). - Nguyờn lý hoạt động : + Trong nửa chu kỳ đầu : U1 0. U1 0 qua điốt D1 và ổn định điện ỏp UD3. UC1 và UD3 được đưa qua bộ trừ cỳ điện ỏp ra là U3. + Trong nửa chu kỳ sau : U1 > 0 , U2 < 0. U1 > 0 nờn T1 dẫn. UC1 phỳng điện qua T1. Điện ỏp trờn tụ C1 nhanh chỳng trở về 0. U2 < 0 nờn UD3 = 0 V. Do vậy U3 = 0 V. Ta cỳ đồ thị của khừu tạo điện ỏp răng cưa như hỡnh vẽ : - nh toỏn mạch : ỳ đầu : UBE) / R5. Tớ + Trong nửa chu k IET2 = ICT2 = (E – UD2 – UC1 = ∫ dtI1 = (IC CT 21 – UD2 – UBE).t] / (R5.C1). ỡ C1 μF ⇒ R5 = 12,766 KΩ. Chọn R5 = 13 KΩ 0 = 1,36 mA. KΩ D2 – UBE) / R5 = 0,09 mA CT2.t) / C1 = [(E * Khi t = T/2 th U = 9 V do đỳ : [(E – UD2 – UBE).T/2] / (R5.C1) = 9 V Với E = 15 V, UD2 = 9 V, UBE = 0,6 V ⇒ R5.C1 = 0,006 Ta chọn C1 = 0,47 Vỡ UD3 = 9 V nờn U3 = UD3 – UC1 = (ICT2.t) / C1. Chọn R6 = 3,3 KΩ, IR6 = IR7 = UD3 / 2.R6 = 9 / 660 UR7 = U2 - ΔUD1 – UD3 = 4,3 V. ( ΔUD1 = 0,7 V ) ⇒ R7 = UR7 / IR7 = 3,16 KΩ. Vậy ta chọn R7 = 3,3 Chọn R3 = 10 KΩ. IET2 = ICT2 = (E – U ⇒ IBT2 = ICT2 / β. Chọn T2 là 2N2904. 3. Khừu so s iện ỏp răng cưa U3 và Uđk đưa vào cổng ừm A4. đầu ra U4 là chuỗi xung R9 = 10 KΩ vẽ : Chọn R4 = 5 KΩ. ỏnh. Đ Khi | U3 – Uđk | = 0 thỡ trigơ lật trạng thỏi và cỳ chữ nhật. Chọn R8 = Chọn R10 = R8//R9 = 5KΩ Tớn hiệu điện ỏp như hỡnh 4. Khừu phỏt xung chựm - Nguyờn tắc hoạt động : Khi UC2 đạt ngưỡng lật, sơ đồ chuyển trạng thỏi. Áp cỳ giỏ trị ngược lại với giỏ trị cũ. Sau đỳ điện ỏp trờn UC2 thay đổi theo hướng ngược lại và tiếp tục cho tới khi chưa đạt ngưỡng lật khỏc. UN = |Uđỳng| = Umax = ±13V Uđỳng = -βUmax Ungắt = βUmax ⇒ β = R11/( R11 + R12 ) 213 max CR UU dt dU NN −±= UN(t) = Umax = (1 – (1 + βe-t/R13C2)) |UN(t)| = |Uđỳng| = |Ungắt| Khi T = 2R13C2ln(1+2R11/R12). Chọn tần số khừu phỏt xung chựm : f = 10 KHz. R11 = R12 ⇒ T = 2,2R13C2 = 1/(10.103) R13C2 = 45,5.10-6 Chọn C2 = 0,02μF ⇒ R13 = 2,27KΩ. Ta chọn R13 = 2,2 KΩ Chọn R11 = R12 = 10KΩ 5. Chọn cổng AND. Chọn IC CMOS là IC4081 cỳ 4 cổng AND cỳ cỏc thụng số sau : Vcc = 3 - 15 V. Ta chọn Vcc = E = 15 V. Cụng suất tiờu thụ : 2,5 nW / 1 cổng. Ilv < 1mA Điện ỏp ứng với mức lụgic 1 là 2 - 4,5 V. Tớn hiệu điện ỏp ra như hỡnh vẽ : 6. Khừu khuếch đại xung và biến ỏp xung. Utc = Ugk = 2,5 V Itc = Ig = 0,25 A Thường thỡ tỉ số của mỏy biến ỏp xung là k = 2 ữ 3. Chọn k = 2 Từ đỳ ta cỳ Isc = Itc / k = 0,125 A Usc = Utc.k = 5 V Isc = ICT4 Chọn T3 là C828 cỳ hệ số β3 = 10 ữ 30. Chọn T4 là 2N1613 cỳ hệ số β4 = 80 Lấy β3 = 10 ⇒ IET3 = ICT4 / β3 = 0,0125 A Chọn UBT4 = 0,7 V ⇒ R16 = UBT4 / IBT4 = 56 Ω IBT3 = ICT4 / β3. β4 = 15,625 μA. Ta cỳ UBT3 = UBET3 + UBT4 = 0,6 + 0,7 = 1,3 (V). Vỡ Us = 2 ữ 4,5 V nờn ta chọn điện ỏp sụt trờn UR15 = 1 V ⇒ R15 = UR15 / IBT3 = 64 KΩ R14 ≤ (E - Usc) / Isc = 80 Ω. Ta chọn R14 = 57 Ω 7. Khừu phản hồi. - Sơ đồ đo nhiệt độ trong lũ lấy tớn hiệu ra là điện ỏp Et : Trong sơ đồ trờn : R20, R18, R19 là điện trở Manganin. R17 là điện trở thay đổi theo nhiệt độ được làm bằng Cu hoặc Ni Ở 00C cầu được tớnh toỏn cừn bằng, lỳc này Et = 0. Khi nhiệt độ mụi trường thay đổi cầu mất cừn bằng. Lỳc này giỏ trị của R17 cũng thay đổi làm xuất hiện trờn hai đầu A,B một điện ỏp ΔU. Mặt khỏc nhiệt độ thay đổi nờn hai đầu nhiệt kế xuất hiện một điện ỏp ΔEt sao cho ΔEt = ΔU. Vỡ vậy mV kế vẫn chỉ 0 V. Ta dựng cặp nhiệt điện Platin – Platin Rụđi (90% là Pt, 10% là Rh) đo lừu dài với nhiệt độ là 1000 – 12000C. Khoảng 1000C thỡ tăng 0,64 mV. Ta cỳ đồ thị quan hệ giữa Et = f(t0C) Nhiệt độ nhỏ nhất là 8000C. Tra đồ thị ta được Et = 5,1 mV. Nhiệt độ cao nhất là 10000C. Tra đồ thị ta được Et = 6,4 mV. Điện ỏp đo được trờn mV kế là nhỏ nờn ta phải khuếch đại điện ỏp. - Khừu khuếch đại điện ỏp phản hồi : Uph = - Et.R22 / R21 Ta chọn R21 = 1 KΩ, R22 = 40 KΩ. Uph = (- 0,212) ữ (-0,256) V Chọn R23 = R22//R21 = 1 KΩ - Tạo điện ỏp điều khiển : UD9 = 9 V Ta cỳ ( E – UD9 ) / R24 ≥ 1mA. Ta chọn R24 = 3,3 KΩ ⇒ Rv = 0 ữ 1,5 KΩ IR27 + IR25 = - IC3 - IR26 Uph / R27 + Ud / R25 = - C3.( dUC3 / dt ) – UC3 / R26 UC3 = - ( R26.Uph / R27 + R26.Ud / R25 ) - C3.R26( dUC3 / dt ) Chọn R26 = R25 = 36 KΩ R26 / R27 = 35 ⇒ R27 = 1 KΩ Chọn C3 = 0,47 μF R26.C3 = τ Uđk = - (Ud – k.| Uph |) - τ(dUC3 / dt) Tớn hiệu điện ỏp ra như hỡnh vẽ : 7. Khối nguồn. IC ổn ỏp loại UA7815 cỳ cỏc thụng số là : Ungưỡng = 35 V Ira = 0 – 1,5 A E = 15 V IC ổn ỏp loại UA7915 cỳ cỏc thụng số là : Ungưỡng = 40 V Ira = 0 – 1,5 A -E = -15 V UMNmin = 18 V, ta thường chọn UMN = 21 V Ta cỳ UMN = Ua.2,34 = 10.2,34 = 23,4 V thoả mún điều kiện chọn C4, C5 là tụ làm phẳng 330 μF – 25 V Sơ đồ tạo điện ỏp –E co cỏc thụng số tương ứng hoàn toàn tương tự. 8. Tớnh toỏn biến ỏp nguồn nuụi. Chọn : U2 = U21 = Udf = 10 V I2 = Idf = 1 mA Cụng suất mỏy biến ỏp đồng pha Pđf =6 Udf .Idf=0,06W Cỳ 21 khuếch đại thuật toỏn nờn ta chọn 6 IC TL084, 6 con AND nờn ta chọn 2 IC 4081. TL084 cỳ Ptth=680mW, AND 4081 cỳPtth=2,5nW Vậy cụng suất tiờu thụ ở 6 IC TL084 và AND 4081 là P8IC = 6.0,68+8.2,5.10-9 = 4,08 W Cụng suất biến ỏp cấp cho 6 cực điều khiển là Px = 6UgIg = 6. 2,5 . 0,25 = 3,75 W. Cụng suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuụi : P = Pđf + P8IC + Px = 0,06 + 4,08 + 3,75 = 7,89 W. Cụng suất mỏy biến ỏp cỳ kể đến 5% tổn thất trong mỏy S = 1,05.P = 1,05.7,89 = 8,28 W Dũng điện thứ cấp mỏy biến ỏp I2 = S/6.U2 = 8,28/(6.10) = 0,138 A Dũng điện sơ cấp mỏy biến ỏp I1 = S/3.UA = 8,28/(3.220) = 12,54 mA Kết luận Sau một học kỳ thực hiện đồ ỏn với sự hướng dẫn tận tỡnh của thầy giỏo hướng dẫn Phạm Quốc Hải và cỏc thầy giỏo trong bộ mụn Tự Động Hoỏ Xớ Nghiệp Cụng Nghiệp, em đú hoàn thành đồ ỏn mụn học Điện Tử Cụng Suất với đề tài “ Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lũ điện trở “ và đạt được một số kết quả sau : 1 - Hiểu được về cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của lũ điện nỳi chung và lũ điện trở nỳi riờng. 2 - Vận dụng được nguyờn lý hoạt động của mạch điều ỏp xoay chiều ba pha vào mạch thực tế. 3 - Biết cỏnh thiết kế và tớnh toỏn mạch lực. 4 - Biết cỏch thiết kế và tớnh toỏn mạch điều khiển. Kết quả mụ phỏng cho thấy mạch lực và mạch điều khiển hoạt động tốt đỏp ứng được những yờu cầu thực tế đặt ra. Điều đỳ chứng tỏ tớnh đỳng đắn của mạch đú thiết kế. Kết quả này cỳ thể là cơ sở cho việc ứng dụng để thiết kế mạch trong thực tế. Tuy nhiờn, do thời gian cỳ hạn và trỡnh độ cũn hạn chế, đồ ỏn này khụng trỏnh khỏi những thiếu sỳt. Em xin chừn thành cảm ơn giỏo viờn hướng dẫn Phạm Quốc Hải và cỏc thầy giỏo trong bộ mụn đú tận tỡnh giỳp đỡ em hoàn thành tốt đồ ỏn này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Điện tử cụng suất Nguyễn Bớnh Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật - 1995 2. Phừn tớch và giải mạch điện tử cụng suất Phạm Quốc Hải - Dương Văn Nghi Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật - 1997 3. Điện tử cụng suất lớn ứng dụng Nguyễn Bớnh NXB Đại học và Giỏo dục chuyờn nghiệp - 1985 4. Điều khiển tự động Phạm Cụng Ngụ Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật - 1998 5. Lũ điện Bộ mụn lũ luyện kim Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội -1971 6. Lũ điện Lương Văn Đề Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội - 1993 7. Trang bị Điện - Điện tử mỏy cụng nghiệp dựng chung Vũ Qui Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Liờn Anh Nhà xuất bản giỏo - 1996 8. Sơ đồ chừn linh kiện bỏn dẫn Dương Minh Trớ Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật - 1997