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

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

Thêm vào BST

Báo xấu

374
lượt xem 160
download

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:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

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 ).
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 :
®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.
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.
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)
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 ).
Chó ý : Ilv < 1 mA do ®ã : U21/R1 < 1 mA  R1 > 10/1 = 10 K Ta chän R1 = R2 = R1’ = R2’ = 15 K
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 :
- 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
 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.
§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 :
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.
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.
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 :
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).
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.
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 :
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)
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
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.