Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở, chương 6

Chia sẻ: Minh Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

0
273
lượt xem
148
download

Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở, chương 6

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thyristor chỉ mở cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện : Khi thyristor chuyển sang trạng thái dẫn thì cực điều khiển không còn tác dụng. Thyristor chỉ trở về trạng thái khoá nếu dòng điện . (IH là dòng điện duy trì). Chức năng của mạch điều khiển: điều chỉnh được vị trí xung trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt tên là A-K

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở, chương 6

  1. Ch-¬ng 6 ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn I. Nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn 1. Thyristor chØ më cho dßng ch¶y qua khi tho¶ m·n hai ®iÒu kiÖn : UAK > 0 IG > 0 Khi thyristor chuyÓn sang tr¹ng th¸i dÉn th× cùc ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông. Thyristor chØ trë vÒ tr¹ng th¸i kho¸ nÕu dßng ®iÖn IA < IH. ( IH : dßng ®iÖn duy tr× ) Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn : + §iÒu chØnh ®-îc vÞ trÝ xung trong ph¹m vi nöa chu kú d-¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn A-K cña thyristor. + T¹o ra ®-îc c¸c xung ®ñ diÒu kiÖn më thyristor, ®é réng xung tx ®-îc tÝnh theo biÓu thøc : IH tx  di / dt di/dt : tèc ®é biÕn thiªn dßng t¶i. 2. CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn thyristor. UAK : ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ( ®iÖn ¸p mét chiÒu ).
  2. Ut : ®iÖn ¸p tùa ( ®ång bé víi ®iÖn ¸p A-K cña thyristor ). HiÖu ®iÖn ¸p | U®k – Ut | ®-a vµo kh©u so s¸nh. (1) : lµm viÖc nh- mét trig¬. §Çu ra nhËn ®-îc mét chuçi xung ch÷ nhËt. (2) : kh©u t¹o xung. (3) : kh©u khuÕch ®¹i xung. (4) : kh©u biÕn ¸p xung. Thay ®æi U®k cã thÓ ®iÒu chØnh ®-îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh ®-îc gãc . 3. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. Cã hai nguyªn t¾c : a. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh : U®k + Ut ®-a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh b»ng c¸nh lµm biÕn ®æi U®k ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®-îc thêi ®iÓm xuÊt giÖn xung tøc lµ ®iÒu chØnh ®-îc gãc . Khi U®k = 0 ta cã  = 0 Khi U®k < 0 ta cã  > 0 Quan hÖ gi÷a  vµ U®k nh- sau : U dk   U t max Ta lÊy U®kmax = Utmax. b. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “arccos”. Nguyªn t¾c nµy dïng hai ®iÖn ¸p :
  3. ®iÖn ¸p ®éng bé Ut v-ît tr-íc ®iÖn ¸p A-K cña thyristor mét gãc b»ng /2. ( NÕu UAK = Asint th× Ut = Bcost ). UAK cã thÓ ®iÒu khiÓn ®-îc theo hai h-íng d-¬ng vµ ©m. Ut + U®k ®-îc ®-a ®Õn ®Çu vµo kh©u so s¸nh . Khi Ut + U®k = 0 ta nhËn ®-îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh. U®k + Bcos = 0   = arccos( -U®k/B ). Th-êng lÊy B = U®kmax. Khi U®k = 0 th×  = /2. Nguyªn t¾c nµy ®-îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l-u chÊt l-îng cao. NhËn xÐt : Yªu cÇu cña ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha cã thÓ dïng nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh v× nã ®¬n gi¶n vµ ®¸p øng ®-îc yªu cÇu m¹ch lùc. TÝn hiÖu ph¶n håi lµ sens¬ nhiÖt ®é biÕn tÝnh hiÖu nhiÖt thµnh tÝn hiÖu ®iÖn, bao gåm s¬ ®å cÇu R9, R10, R11, R*, En. TÝn hiÖu ®iÖn nµy ®-îc ®-a qua bé khuÕch ®¹i ( R12, R13, R14, IC A5 ), sau ®ã ®-îc ®-a vµo bé PI gåm U®Æt, R15, C3, R17, ®Çu ra lµ UchuÈn ( U1, U2, U3, U4, U5, U6_). II. TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. A. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å.
  4. CÊp nguån 220V cho cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha. §iÖn ¸p phÇn thø cÊp lµ ®iÖn ¸p ®ång pha. Ta chØ lÊy ®iÖn ¸p U21, U22 ®Ó dÉn gi¶i : U21 ®-îc so s¸nh møc ®iÖn ¸p 0V, qua D1 chØ lÊy xung vu«ng U1 . U22 ®-îc so s¸nh ë møc ®iÖn ¸p 0V, qua D1 chØ lÊy xung vu«ng U2. U1 vµ U2 ®-îc ®-a qua bé t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c-a ( gåm R3, R4,R5, R6, D1, D2, D3, A3, T1,T2 ), ®Çu ra sÏ nhËn ®-îc ®iÖn ¸p r¨ng c-a U3. U®k ®-îc so s¸nh víi U3 qua A4, cho xung ch÷ nhËt vu«ng. Xung ch÷ nhËt vu«ng nµy qua D4 chØ lÊy xung ch÷ nhËt d-¬ng U4. U®k cã thÓ thay ®æi, khi nhiÖt ®é t¨ng | U®k | gi¶m, gãc ph¸t xung lín lªn lµm ®iÖn ¸p ®Çu ra cña thyristor gi¶m vµ ng-îc l¹i, khi nhiÖt ®é gi¶m | U®k | gãc ph¸t xung gi¶m ®i lµm ®iÖn ¸p ®Çu ra cña thyristor t¨ng. ( Kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p lµ ph¶n håi ©m ®Ó æn ®Þnh ë mét ®iÖn ¸p nhÊt ®Þnh, t-¬ng øng víi mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh ). Xung U4 vµ xung chïm Ux ®-îc ®-a qua con AND. §Çu ra AND lµ xung chïm. Xung chïm nµy ®-îc qua T3, T4 m¾c ®alinht¬n ®Ó khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ( khuyÕch ®¹i dßng ). §-a xung qua biÕn ¸p xung BAX, cho ®é réng xung vµ biªn ®é xung nh- mong muèn. Bé ph¸t xung chïm lµ ®a hµi tù dao ®éng gåm R11, R12, R13, C2 vµ IC A4, qua D6 lÊy xung chïm d-¬ng.
  5. Trong m¹ch ®iÒu khiÓn ta chän toµn bé IC lµ TL084 cã c¸c th«ng sè : Vcc =  15V P tiªu thô = 680 MW Rin = 106 M U1 = Urabh = 13 (V) U2 = Urabh = 13 (V) §ièt trong m¹ch ®iÒu khiÓn lµ lo¹i 1N4009 cã c¸c th«ng sè : Ilvmax = 10 A Ung-îc = 25 V Umë = 1 V §ièt Zenner lµ lo¹i BZD23-C9V1 cã c¸c th«ng sè : UDZ = 9 V 1. Kh©u ®ång pha. U21 = 10 2 sint (V)
  6. U22 = -10 2 sint (V) Cho qua bé so s¸nh so víi ®iÖn ¸p 0V. TÝn hiÖu ra nh- h×nh vÏ ( bé so s¸nh ®¶o ).
  7. Chó ý : Ilv < 1 mA do ®ã : U21/R1 < 1 mA  R1 > 10/1 = 10 K Ta chän R1 = R2 = R1’ = R2’ = 15 K
  8. 2. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c-a ( Utùa ). - Nguyªn lý ho¹t ®éng : + Trong nöa chu kú ®Çu : U1 < 0 , U2 > 0. U1 < 0 nªn T1 kho¸. Khi ®ã tô C1 ®-îc n¹p ®iÖn ¸p UC1. U2 > 0 qua ®ièt D1 vµ æn ®Þnh ®iÖn ¸p UD3. UC1 vµ UD3 ®-îc ®-a qua bé trõ cã ®iÖn ¸p ra lµ U3. + Trong nöa chu kú sau : U1 > 0 , U2 < 0. U1 > 0 nªn T1 dÉn. UC1 phãng ®iÖn qua T1. §iÖn ¸p trªn tô C1 nhanh chãng trë vÒ 0. U2 < 0 nªn UD3 = 0 V. Do vËy U3 = 0 V. Ta cã ®å thÞ cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c-a nh- h×nh vÏ :
  9. - TÝnh to¸n m¹ch : + Trong nöa chu kú ®Çu : IET2 = ICT2 = (E – UD2 – UBE) / R5. 1 UC1 = = (ICT2.t) / C1 = [(E – UD2 – UBE).t] / (R5.C1). C1  I CT 2 dt * Khi t = T/2 th× UC1 = 9 V do ®ã : [(E – UD2 – UBE).T/2] / (R5.C1) = 9 V Víi E = 15 V, UD2 = 9 V, UBE = 0,6 V
  10.  R5.C1 = 0,006 Ta chän C1 = 0,47F  R5 = 12,766 K. Chän R5 = 13 K V× UD3 = 9 V nªn U3 = UD3 – UC1 = (ICT2.t) / C1. Chän R6 = 3,3 K, IR6 = IR7 = UD3 / 2.R6 = 9 / 6600 = 1,36 mA. UR7 = U2 - UD1 – UD3 = 4,3 V. ( UD1 = 0,7 V )  R7 = UR7 / IR7 = 3,16 K. VËy ta chän R7 = 3,3 K Chän R3 = 10 K. IET2 = ICT2 = (E – UD2 – UBE) / R5 = 0,09 mA  IBT2 = ICT2 / . Chän T2 lµ 2N2904. Chän R4 = 5 K. 3. Kh©u so s¸nh.
  11. §iÖn ¸p r¨ng c-a U3 vµ U®k ®-a vµo cæng ©m A4. Khi | U3 – U®k | = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i vµ cã ®Çu ra U4 lµ chuçi xung ch÷ nhËt. Chän R8 = R9 = 10 K Chän R10 = R8//R9 = 5K TÝn hiÖu ®iÖn ¸p nh- h×nh vÏ :
  12. 4. Kh©u ph¸t xung chïm - Nguyªn t¾c ho¹t ®éng : Khi UC2 ®¹t ng-ìng lËt, s¬ ®å chuyÓn tr¹ng th¸i. ¸p cã gi¸ trÞ ng-îc l¹i víi gi¸ trÞ cò. Sau ®ã ®iÖn ¸p trªn UC2 thay ®æi theo h-íng ng-îc l¹i vµ tiÕp tôc cho tíi khi ch-a ®¹t ng-ìng lËt kh¸c.
  13. UN = |U®ãng| = Umax = 13V U®ãng = -Umax Ung¾t = Umax   = R11/( R11 + R12 ) dU N U U N   max dt R13C 2 UN(t) = Umax = (1 – (1 + e-t/R13C2)) |UN(t)| = |U®ãng| = |Ung¾t| Khi T = 2R13C2ln(1+2R11/R12). Chän tÇn sè kh©u ph¸t xung chïm : f = 10 KHz. R11 = R12  T = 2,2R13C2 = 1/(10.103) R13C2 = 45,5.10-6 Chän C2 = 0,02F  R13 = 2,27K. Ta chän R13 = 2,2 K Chän R11 = R12 = 10K 5. Chän cæng AND.
  14. Chän IC CMOS lµ IC4081 cã 4 cæng AND cã c¸c th«ng sè sau : Vcc = 3 - 15 V. Ta chän Vcc = E = 15 V. C«ng suÊt tiªu thô : 2,5 nW / 1 cæng. Ilv < 1mA §iÖn ¸p øng víi møc l«gic 1 lµ 2 - 4,5 V. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra nh- h×nh vÏ :
  15. 6. Kh©u khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung. Utc = Ugk = 2,5 V Itc = Ig = 0,25 A Th-êng th× tØ sè cña m¸y biÕn ¸p xung lµ k = 2  3. Chän k = 2 Tõ ®ã ta cã Isc = Itc / k = 0,125 A Usc = Utc.k = 5 V Isc = ICT4 Chän T3 lµ C828 cã hÖ sè 3 = 10  30. Chän T4 lµ 2N1613 cã hÖ sè 4 = 80 LÊy 3 = 10  IET3 = ICT4 / 3 = 0,0125 A Chän UBT4 = 0,7 V  R16 = UBT4 / IBT4 = 56  IBT3 = ICT4 / 3. 4 = 15,625 A. Ta cã UBT3 = UBET3 + UBT4 = 0,6 + 0,7 = 1,3 (V).
  16. V× Us = 2  4,5 V nªn ta chän ®iÖn ¸p sôt trªn UR15 = 1 V  R15 = UR15 / IBT3 = 64 K R14  (E - Usc) / Isc = 80 . Ta chän R14 = 57  7. Kh©u ph¶n håi. - S¬ ®å ®o nhiÖt ®é trong lß lÊy tÝn hiÖu ra lµ ®iÖn ¸p Et : Trong s¬ ®å trªn : R20, R18, R19 lµ ®iÖn trë Manganin. R17 lµ ®iÖn trë thay ®æi theo nhiÖt ®é ®-îc lµm b»ng Cu hoÆc Ni ë 00C cÇu ®-îc tÝnh to¸n c©n b»ng, lóc nµy Et = 0. Khi nhiÖt ®é m«i tr-êng thay ®æi cÇu mÊt c©n b»ng. Lóc nµy gi¸ trÞ cña R17 còng thay ®æi lµm xuÊt hiÖn trªn hai ®Çu A,B mét ®iÖn ¸p U. MÆt kh¸c nhiÖt ®é thay ®æi nªn hai ®Çu nhiÖt kÕ xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p Et sao cho Et = U. V× vËy mV kÕ vÉn chØ 0 V. Ta dïng cÆp nhiÖt ®iÖn Platin – Platin R«®i (90% lµ Pt, 10% lµ Rh) ®o l©u dµi víi nhiÖt ®é lµ 1000 – 12000C.
  17. Kho¶ng 1000C th× t¨ng 0,64 mV. Ta cã ®å thÞ quan hÖ gi÷a Et = f(t0C) NhiÖt ®é nhá nhÊt lµ 8000C. Tra ®å thÞ ta ®-îc Et = 5,1 mV. NhiÖt ®é cao nhÊt lµ 10000C. Tra ®å thÞ ta ®-îc Et = 6,4 mV. §iÖn ¸p ®o ®-îc trªn mV kÕ lµ nhá nªn ta ph¶i khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p. - Kh©u khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p ph¶n håi : Uph = - Et.R22 / R21 Ta chän R21 = 1 K, R22 = 40 K. Uph = (- 0,212)  (-0,256) V Chän R23 = R22//R21 = 1 K - T¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn :
  18. UD9 = 9 V Ta cã ( E – UD9 ) / R24  1mA. Ta chän R24 = 3,3 K  Rv = 0  1,5 K IR27 + IR25 = - IC3 - IR26 Uph / R27 + Ud / R25 = - C3.( dUC3 / dt ) – UC3 / R26 UC3 = - ( R26.Uph / R27 + R26.Ud / R25 ) - C3.R26( dUC3 / dt ) Chän R26 = R25 = 36 K R26 / R27 = 35  R27 = 1 K Chän C3 = 0,47 F R26.C3 =  U®k = - (Ud – k.| Uph |) - (dUC3 / dt)
  19. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra nh- h×nh vÏ : 7. Khèi nguån. IC æn ¸p lo¹i UA7815 cã c¸c th«ng sè lµ : Ung-ìng = 35 V
  20. Ira = 0 – 1,5 A E = 15 V IC æn ¸p lo¹i UA7915 cã c¸c th«ng sè lµ : Ung-ìng = 40 V Ira = 0 – 1,5 A -E = -15 V UMNmin = 18 V, ta th-êng chän UMN = 21 V Ta cã UMN = Ua.2,34 = 10.2,34 = 23,4 V tho¶ m·n ®iÒu kiÖn chän C4, C5 lµ tô lµm ph¼ng 330 F – 25 V S¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p –E co c¸c th«ng sè t-¬ng øng hoµn toµn t-¬ng tù.

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản