Thiết kế đồ án môn học - Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở

Chia sẻ: Ha Minh Duc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

599
lượt xem 273
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lượng nhiệt đóng một vai trò rất quan trọng. Năng lượng nhiệt có thể được dùng để 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 và khống chế được khiệt độ của lò. Đây cũng chính là yêu cầu của...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế đồ án môn học - Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở

Thiết kế đồ án môn học Điều chỉnh và khống chế nhiệt độ lò điện trở
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi ThiÕt kÕ ®å ¸n m«n häc ®Ò tµi ®iÒu chØnh vµ khèng chÕ nhiÖt ®é lß ®iÖn trë 1. §Çu ®Ò thiÕt kÕ : ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh vµ tù ®éng khèng chÕ nhiÖt ®é lß ®iÖn trë 2. Ng−êi thùc hiÖn : Hä vµ tªn T¹ Do·n H¶i B»ng Líp Tù §éng Ho¸ 1 Kho¸ 43 Gi¸o viªn h−íng dÉn Ph¹m Quèc H¶i N¨m thùc hiÖn : 2001 3. Ngµy giao ®å ¸n m«n häc : 4. Ngµy hoµn thµnh ®å ¸n : Ngµy th¸ng n¨m Gi¸o viªn h−íng dÉn (Ký ghi râ hä tªn ) KÕt qu¶ ®iÓm ®¸nh gi¸ : - Qu¸ tr×nh thiÕt kÕ : - §iÓm duyÖt : - §iÓm b¶o vÖ :
ThiÕt kÕ ®å ¸n m«n häc ®Ò tµi ®iÒu chØnh vµ khèng chÕ nhiÖt ®é lß ®iÖn trë 1. C¸c sè liÖu cho tr−íc : NhiÖt ®é lß 400 - 600 ( 0 C) C«ng suÊt ®Þnh møc 40 ( kW ) Tæn hao nhiÖt 10 ( kW ) §iÖn ¸p nguån l−íi 3*380 ( V ) 2. Néi dung c¸c phÇn thuyÕt minh vµ tÝnh to¸n : Ch−¬ng 1 Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn trë Ch−¬ng 2 Giíi thiÖu vÒ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha Ch−¬ng 3 ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc Ch−¬ng 4 ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn KÕt luËn 3. C¸c b¶n vÏ : B¶n vÏ tæng thÓ toµn bé s¬ ®å nguyªn lý m¹ch thiÕt kÕ (c¶ m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ) trªn giÊy vÏ kü thuËt khæ A2.
Môc lôc Lêi më ®Çu.............................................................................................. 1 Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn............................................................. 2 1. Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn ....................................................... 2. Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn trë.................................................. 3. CÊu t¹o lß ®iÖn trë .................................................................... Ch−¬ng 2: Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha .......................................................... 1. M¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ................................................................... 2. Quan hÖ gi÷a gãc ®iÒu khiÓn vµ c«ng suÊt ra t¶i............................... Ch−¬ng 3: ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc.......................................... 1. TÝnh to¸n chän van b¸n dÉn............................................................... 2. TÝnh to¸n b¶o vÖ van b¸n dÉn............................................................ Ch−¬ng 4: ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn............................. 1. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn............................................... 2. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn ............................................... 2-1. Kh©u ®ång pha......................................................................... 2-2. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a (Utùa)............................................. 2-3. Kh©u so s¸nh............................................................................ 2-4. Kh©u ph¸t xung chïm .............................................................. 2-5. Chän cæng AND....................................................................... 2-6. Kh©u khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung ................................... 2-7. Kh©u ph¶n håi.......................................................................... 2-8. Khèi nguån............................................................................... KÕt luËn ................................................................................................... Tµi liÖu tham kh¶o...................................................................................
Lêi nãi ®Çu Trong thùc tÕ c«ng nghiÖp vµ sinh ho¹t hµng ngµy, n¨ng l−îng nhiÖt ®ãng mét vai trß rÊt quan träng. N¨ng l−îng nhiÖt cã thÓ ®−îc dïng ®Ó nung nãng, sÊy kh«... V× vËy viÖc sö dông nguån n¨ng l−îng nµy mét c¸ch hîp lý vµ cã hiÖu qu¶ lµ rÊt cÇn thiÕt. Lß ®iÖn trë ®−îc øng dông rÊt réng r·i trong c«ng nghiÖp v× ®¸p øng ®−îc nhiÒu yªu cÇu thùc tiÔn ®Æt ra. ë lß ®iÖn trë, yªu cÇu kÜ thuËt quan träng nhÊt lµ ph¶i ®iÒu chØnh vµ khèng chÕ ®−îc khiÖt ®é cña lß. §©y còng chÝnh lµ yªu cÇu cña ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt mµ em ®· ®−îc giao. §å ¸n ®· ®−îc thùc hiÖn d−íi sù h−íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o Ph¹m Quèc H¶i. §å ¸n ®−îc chia thµnh ba phÇn chÝnh sau: 1. Giíi thiÖu s¬ l−îc vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña lß ®iÖn vµ lß ®iÖn trë. 2. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc. 3. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn.
Ch−¬ng 1- tæng quan vÒ cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn I-Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn 1 - §Þnh nghÜa Lß ®iÖn lµ mét thiÕt bÞ ®iÖn biÕn ®iÖn n¨ng thµnh nhiÖt n¨ng dïng trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nhau nh− nung hoÆc nÊu luyÖn c¸c vËt liÖu, c¸c kim lo¹i vµ c¸c hîp kim kh¸c nhau v.v... - Lß ®iÖn ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c lÜnh vùc kü thuËt : + S¶n xuÊt thÐp chÊt l−îng cao + S¶n xuÊt c¸c hîp kim phe-r« + NhiÖt luyÖn vµ ho¸ nhiÖt luyÖn + Nung c¸c vËt phÈm tr−íc khi c¸n, rÌn dËp, kÐo sîi + S¶n xuÊt ®óc vµ kim lo¹i bét - Trong c¸c lÜnh vùc c«ng nghiÖp kh¸c : + Trong c«ng nghiÖp nhÑ vµ thùc phÈm, lß ®iÖn ®−îc dïng ®Ó sÊt, m¹ vËt phÈm vµ chuÈn bÞ thùc phÈm + Trong c¸c lÜnh vùc kh¸c, lß ®iÖn ®−îc dïng ®Ó s¶n xuÊt c¸c vËt phÈm thuû tinh, gèm sø, c¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa v.v... Lß ®iÖn kh«ng nh÷ng cã mÆt trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp mµ ngµy cµng ®−îc dïng phæ biÕn trong ®êi sèng sinh ho¹t hµng ngµy cña con ng−êi mét c¸ch phong phó vµ ®a d¹ng : BÕp ®iÖn, nåi nÊu c¬m ®iÖn, b×nh ®un n−íc ®iÖn, thiÕt bÞ nung r¾n, sÊy ®iÖn v.v... 2 - ¦u ®iÓm cña lß ®iÖn so víi c¸c lß sö dông nhiªn liÖu Lß ®iÖn so víi c¸c lß sö dông nhiªn liÖu cã nh÷ng −u ®iÓm sau : - Cã kh¶ n¨ng t¹o ®−îc nhiÖt ®é cao - §¶m b¶o tèc ®é nung lín vµ n¨ng suÊt cao - §¶m b¶o nung ®Òu vµ chÝnh x¸c do dÔ ®iÒu chØnh chÕ ®é ®iÖn vµ nhiÖt ®é - KÝn - Cã kh¶ n¨ng c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh chÊt dì nguyªn liÖu vµ vËn chuyÔn vËt phÈm
- §¶m b¶o ®iÒu khiÖn lao ®éng hîp vÖ sinh, ®iÒu kiÖn thao t¸c tèt, thiÕt bÞ gän nhÑ 3 - Nh−îc ®iÓm cña lß ®iÖn - N¨ng l−îng ®iÖn ®¾t - YÒu cÇu cã tr×nh ®é cao khi sö dông II-Giíi thiÖu chung vÒ lß ®iÖn trë 1 - Nguyªn lý lµm viÖc cña lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë lµm viÖc dùa trªn c¬ së khi cã mét dßng ®iÖn ch¹y qua mét d©y dÉn hoÆc vËt dÉn th× ë ®ã sÏ to¶ ra mét l−îng nhiÖt theo ®Þnh luËt Jun- Lenx¬ : Q=I2RT Q - L−îng nhiÖt tÝnh b»ng Jun (J) I - Dßng ®iÖn tÝnh b»ng Ampe (A) R - §iÖn trë tÝnh b»ng ¤m T - Thêi gian tÝnh b»ng gi©y (s) Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy ®iÖn trë R cã thÓ ®ãng vai trß : - VËt nung : Tr−êng hîp nµy gäi lµ nung trùc tiÕp - D©y nung : Khi d©y nung ®−îc nung nãng nã sÏ truyÒn nhiÖt cho vËt nung b»ng bøc x¹, ®èi l−u, dÉn nhiÖt hoÆc phøc hîp. Tr−êng hîp nµy gäi lµ nung gi¸n tiÕp. Tr−êng hîp thø nhÊt Ýt gÆp v× nã chØ dïng ®Ó nung nh÷ng vËt cã h×nh d¹ng ®¬n gi¶n ( tiÕt diÖn ch÷ nhËt, vu«ng vµ trßn ) Tr−êng hîp thø hai th−êng gÆp nhiÒu trong thùc tÕ c«ng nghiÖp. Cho nªn nãi ®Õn lß ®iÖn trë kh«ng thÓ kh«ng ®Ò cËp ®Õn vËt liÒu ®Ó lµm d©y nung, bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß. 2 - Nh÷ng vËt liÖu dïng lµm d©y nung a) - Yªu cÇu cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung D©y nung lµ bé phËn ph¸t nhiÖt cña lß, lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt do ®ã ®ßi hái ph¶i ®¶m b¶o c¸c yÒu cÇu sau : + ChÞu nãng tèt, Ýt bÞ «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao + Ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc cao, kh«ng bÞ biÕn d¹ng ë nhiÖt ®é cao + §iÖn trë suÊt ph¶i lín + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ph¶i nhá + C¸c tÝnh chÊt ®iÖn ph¶i cè ®Þnh hoÆc Ýt thay ®æi
+ C¸c kÝch th−íc ph¶i kh«ng thay ®æi khi sö dông + DÔ gia c«ng, dÔ hµn ho¨c dÔ Ðp khu«n b)- D©y nung kim lo¹i §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu cña d©y nung, trong hÇu hÕt c¸c lß ®iÖn trë c«ng nghiÖp, d©y nung kim lo¹i ®Òu ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸c hîp kim Cr«m-Nh«m vµ Cr«m-Niken lµ c¸c hîp kim cã ®iÖn trë lín. Cßn c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o d©y nung rÊt hiÕm v× c¸c kim lo¹i nguyªn chÊt th−êng cã nh÷ng tÝnh chÊt kh«ng cã lîi cho viÖc chÕ t¹o d©y nung nh− : + §iÖn trë suÊt nhá + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë lín + BÞ «xy ho¸ m¹nh trong m«i tr−êng khÝ quyÔn b×nh th−êng D©y nung kim lo¹i th−êng ®−îc chÕ t¹o ë d¹ng trßn vµ d¹ng b¨ng c) - D©y nung phi kim lo¹i D©y nung phi kim lo¹i dïng phæ biÕn lµ SiC, grafit vµ than. III-CÊu t¹o lß ®iÖn trë I- Nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi cÊu t¹o lß ®iÖn 1 - Hîp lý vÒ c«ng nghÖ Hîp lý vÒ c«ng nghÖ cã nghÜa lµ cÊu t¹o lß kh«ng nh÷ng phï hîp víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ yªu cÇu mµ cän tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng sö dông nã ®èi víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nÕu nh− kh«ng lµm phøc t¹p qu¸ tr×nh gia c«ng vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh mét c¸ch râ rÖt. CÊu tróc lß ®¶m b¶o ®−îc c¸c ®iÒu kiÖn nh− thÕ míi coi lµ hîp lý nhÊt. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng trong khi nhu cÇy vÒ lß ®iÖn v−ît xa kh¶ n¨ng s¶n xuÊt ra nã. 2 - HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt HiÖu qu¶ vÒ kü thuËt lµ kh¶ n¨ng biÓu thÞ hiªu suÊt cùc ®¹i cña kÕt cÊu khi c¸c th«ng sè cña nã x¸c ®Þnh ( kÝch th−íc ngoµi, c«ng suÊt, träng l−îng gi¸ thµnhv.v... ). §èi víi mét thiÕt bÞ hoÆc mét vËt phÈm s¶n xuÊt ra, n¨ng suÊt trªn mét ®¬n vÞ c«ng suÊt ®Þnh møc, suÊt tiªu hao ®iÖn ®Ó nung v.v... lµ c¸c chØ tiªu cë b¶n cña hiÖu qu¶ kü thuËt. Cßn ®èi víi tõng phÇn riªng biÖt cña kÕt cÊu hoÆc chi tiÕt, hiÖu qu¶ kü thuËt ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng c«ng suÊt dÉn ®éng, m« men xo¾n, lùc v.v... øng víi träng l−îng, kÝch th−íc hoÆc gi¸ thµnh kÕt cÊu. 3 - Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc
Ch¾c ch¾n khi lµm viÖc lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña chÊt l−îng kÕt cÊu cña c¸c lß ®iÖn. Th−êng c¸c lß ®iÖn lµm viªc liªn tôc trong mét ca, hai ca vµ ngay c¶ ba ca mét ngµy. NÕu trong khi lµm viÖc, mét bé phËn nµo ®ã kh«ng hoµn h¶o sÏ ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh s¶n suÊt chung. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc liªn tôc trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng. Ngay ®èi víi c¸c lß ®iÖn lµm viÖc chu kú, lß ngõng còng lµm thiÖt h¹i râ rÖt cho s¶n xuÊt v× khi ngõng lß ®ét ngét ( nghÜa lµ ph¸ huû chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng vña lß ) cã thÓ dÉn ®Õn lµm h− háng s¶n phÈm, l·ng phÝ nguyªn vËt liªu vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm. Mét chØ tiªu phô vÒ sù ch¾c ch¾n khi lµm viÖc cña mét bé phËn ®ã cña lß ®iÖn lµ kh¶ n¨ng thay thÕ nhanh hoÆc kh¶ n»ng dù tr÷ lín khi lß lµm viÖc b×nh th−êng. Theo quan ®iÓm ch¾c ch¾n, trong thiÕt bÞ cÇn chó ý ®Õn c¸c bé phËn quan träng nhÊt, quyÕt ®Þnh sù lµm viÖc liªn tôc cña lß. ThÝ dô : d©y nung, b¨ng t¶i v.v... 4 - TiÖn lîi khi sö dông TiÖn lîi khi sö dông nghÜa lµ yªu cÇu - Sè nh©n viªn phôc vô tèi thiÓu - Kh«ng yªu cÇu tr×nh ®é chuyªn m«n cao, kh«ng yªu cÇu søc lùc vµ sù dÎo dai cña nh©n viªn phôc vô. - Sè l−îng c¸c thiÕt bÞ hiÕm vµ quÝ bÞ hao mßn nhanh yªu cÇu tèi thiÓu - B¶o qu¶n dÔ dµng. KiÓm tra vµ söa ch÷a tÊt c¶ c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ thuËn lîi. - Theo quan ®iÓm an toµn lao ®éng, ®iÒu kiÖn lµm viÖc ph¶i hîp vÖ sinh vµ tuyÖt ®èi an toµn. 5 - RÎ vµ ®¬n gi¶n khi chÕ t¹o VÒ mÆt nµy yªu c©u nh− sau : - Tiªu hao vËt liÖu Ýt nhÊt, ®Æc biÖt lµ c¸c vËt liÖu quÝ vµ hiÕm ( c¸c kim lo¹i mÇu, c¸c hîp kim cã hµm l−îng niken cao v.v... ) - C«ng nghÖ chÕ t¹o ®¬n gi¶n nghÜa lµ kh¶ n¨ng chÕ t¹o ph¶i sao cho ngµy c«ng Ýt nhÊt vµ tËn dông ®−äc c¸c thiÕt bÞ, dông cô th«ng th−êng cã s½n trong c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o ®Ó gia c«ng. - C¸c lo¹i vËt liÖu vµ thiÕt bÞ yªu cÇu ®Ó chÕ t¹o ph¶i Ýt nhÊt. - Sö dông ®Õn møc tèi ®a c¸c kÕt cÊu gièng nhau vµ cïng lo¹i ®Ó dÔ dµng ®æi lÉn vµ thuËn tiÖn khi l¾p r¸p.
- Chän hîp lý c¸c d¹ng gia c«ng ®Ó phï hîp víi ®iÒu kiÖn chÕ t¹o ( ®óc, hµn, dËp ). Bá c¸c chi tiÕt vµ c¸c kh©u gia c«ng c¬ khÝ kh«ng hîp lý. 6 - H×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp Mçi kÕt cÊu cña thiÕt bÞ, vËt phÈm, c¸c kh©u vµ c¸c chi tiÕt ph¶i cã h×nh d¸ng vµ tû lÖ c¸c c¹nh phï hîp, dÔ coi. Tuy vËy còng cÇn chó ý r»ng, ®é bÒn cña kÕt cÊu khi träng l−îng nhá vµ h×nh d¸ng bÒ ngoµi ®Ñp cã quan hÖ kh¨ng khÝt víi nhau. ViÖc gia c«ng lÇn chãt nh− s¬n cã vai trß ®Æc biÖt quan träng ®èi víi h×nh d¸ng bÒ ngoµi cña lß ®iÖn. Song còng cÇn tr¸nh sù trang trÝ kh«ng cÇn thiÕt. II - CÊu t¹o lß ®iÖn trë Lß ®iÖn trë th«ng th−êng gåm ba phÇn chÝnh : vá lß, líp lãt vµ d©y nung. 1 - Vá lß Vá lß ®iÖn trë lµ mét khung cøng v÷ng, chñ yÕu ®Ó chÞ t¶i träng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lß. MÆt kh¸c vá lß còng dïng ®Ó gi÷ líp c¸ch nhiÖt rêi vµ ®¶m b¶o sù kÝn hoµn toµn hoÆc t−¬ng ®èi cña lß. §èi víi c¸c lß lµm viÖc víi khÝ b¶o vÖ, cÊn thiÕt vá lß ph¶i hoµn toµn kÝn, cßn ®èi víi c¸c lß ®iÖn trë b×nh th−êng, sù kÝn cña vá lß chØ cÇn gi¶m tæng thÊt nhiÖt vµ tr¸nh sù lïa cña kh«ng khÝ l¹nh vµo lß, ®Æc biÖt theo chiÒu cao lß. Trong nh÷ng tr−êng hîp riªng, lß ®iÖn trë cã thÓ lµm vá lß kh«ng bäc kÝn. Khung vá lß cÇn cøng v÷ng ®ñ ®Ó chÞ ®−îc t¶i träng cña líp lãt, phô t¶i lß ( vËt nung ) vµ c¸c c¬ cÊu c¬ khÝ g¾n trªn vá lß. - Vá lß ch÷ nhËt th−ênng dïng ë lß buång, lß liªn tôc, lß ®¸y rung v.v... - Vá lß trßn dïng ë c¸c lß giÕng vµ mét vµi lß chôp v.v... - Vá lß trßn chÞu lùc t¸c dông bªn trong tèt h¬n vá lß ch÷ nhËt khi cïng mét l−îng kim lo¹i ®Ó chÕ t¹o vá lß. Khi kÕt cÊu vá lß trßn, ng−êi ta th−êng dïng thÐp tÊm dµy 3 - 6 mm khi ®−êng kÝnh vá lß lµ 1000 – 2000 mm vµ 8 – 12 mm khi ®−êng kÝnh vá lß lµ 2500 – 4000 mm vµ 14 – 20 mm khi ®−êng kÝnh vá lß kho¶ng 4500 – 6500 mm. Khi cÇn thiÕt t¨ng ®é cøng v÷ng cho vá lß trßn, ng−êi ta dïng c¸c vßng ®Öm t¨ng c−êng b»ng c¸c lo¹i thÐp h×nh.
Vá lß ch÷ ngËt ®−îc dùng lªn nhê c¸c thÐp h×nh U, L vµ thÐp tÊm c¾t theo h×nh d¸ng thÝch hîp. Vá lß cã thÓ ®−îc bäc kÝn, cã thÓ kh«ng tuú theo yªu cÇu kÝn cña lß. Ph−¬ng ph¸p gia c«ng vá lß lo¹i nµy chñ yÕu lµ hµn vµ t¸n. 2 - Líp lãt Líp lãt lß ®iÖn trë th−êng gåm hai phÇn : vËt liÖu chÞu löa vµ c¸ch nhiÖt. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cã thÓ x©y b»ng g¹ch tiªu chuÈn, g¹ch h×nh vµ g¹ch h×nh ®Æc biÖt tuú theo h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc ®· cho cña buång lß. Còng cã khi ng−êi ta ®Çm b»ng c¸c lo¹i bét chÞu löa vµ c¸c chÊt dÝnh dÕt gäi lµ c¸c khèi ®Çm. Khèi ®Çm cã thÓ tiÕn hµnh ngay trong lß vµ còng cã thÓ tiÕn hµnh ë ngoµi nhê c¸c khu«n. PhÇn vËt liÖu chÞu löa cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau : + ChÞu ®−îc nhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cña lß. + Cã ®é bÒn nhiÖt ®ñ lín khi lµm viÖc. + Cã ®ñ ®é bÒn c¬ häc khi xÕp vËt nung vµ ®Æt thiÕt bÞ vËn chuyÓn trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng g¾n d©y nung bÒn vµ ch¾c ch¾n. + Cã ®ñ ®é bÒn ho¸ häc khi lµm viÖc, chÞu ®−îc t¸c dông cña khÝ quyÓn lß vµ ¶nh h−ëng cña vËt nung. + §¶m b¶o kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi lß lµm viÖc chu kú. PhÇn c¸ch nhiÖt th−êng n»m gi÷a vá lß vµ phÇn vËt liÖu chÞu löa. Môc ®Ých chñ yÕu cña phÇn nµy lµ ®Ó gi¶m tæn thÊt nhiÖt. Riªng ®èi víi ®¸y, phÇn c¸ch nhiÖt ®ßi hái ph¶i cã ®é bÒn c¬ häc nhÊt ®Þnh cßn c¸c phÇn kh¸c nãi chung kh«ng yªu cÇu. Yªu cÇu c¬ b¶n cña phÇn c¸ch nhiÖt lµ : + HÖ sè dÉn nhiÖt cùc tiÓu + Kh¶ n¨ng tÝch nhiÖt cùc tiÓu + æn ®Þnh vÒ tÝnh chÊt lý, nhiÖt trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc x¸c ®Þnh. PhÇn c¸ch nhiÖt cã thÓ x©y b»ng g¹ch c¸ch nhiÖt, cã thÓ ®iÒn ®Çy b»ng bét c¸ch nhiÖt. 3 - D©y nung Theo ®Æc tÝnh cña vËt liÖu dïng lµm d©y nung, ng−êi ta chia d©y nung lµm hai lo¹i : d©y nung kim lo¹i vµ d©y nung phi kim lo¹i. Trong c«ng nghiÖp, c¸c lß ®iÖn trë dïng phæ biÕn lµ d©y nung kim lo¹i.
Ch−¬ng 2 Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha I - M¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha : Nh− ®· nãi ë trªn, c«ng suÊt ra t¶i cña lß ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: U f2 P = 3. Rt Nh− vËy, ®Ó thay ®æi c«ng suÊt ®−a ra t¶i , ta cã thÓ thay ®æi Rt hoÆc U f . Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, ng−êi ta th−êng chän c¸ch thay ®æi U f ®Ó cã thÓ thay ®æi c«ng suÊt ra t¶i. Khi cã s½n mét nguån ®iÖn xoay chiÒu, ®Ó cã thÓ thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i ta cã thÓ dïng bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu ( §AXC ) dïng van b¸n dÉn. ViÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i dùa theo nguyªn t¾c t−¬ng tù nh− ë c¸c bé chØnh l−u tøc lµ thay ®æi ®iÓm më cña van so víi ®iÓm qua kh«ng cña ®iÖn ¸p nguån, v× vËy cßn gäi lµ ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn pha (thay ®æi gãc më van ). Do diot chØ cã thÓ dÉn dßng theo mét chiÒu mµ ta l¹i yªu cÇu ®iÖn ¸p ra t¶i lµ xoay chiÒu nªn trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ng−êi ta kh«ng dïng diot mµ dïng triac v× ®©y lµ lo¹i van b¸n dÉn duy nhÊt cho phÐp dßng ®iÖn xoay chiÒu ®i qua nã. Tuy nhiªn, do triac kh«ng th«ng dông b»ng thyristor nªn thùc tÕ ng−êi ta th−êng dïng s¬ ®å 2 thyristor ®Êu song song ng−îc nhau thay cho triac nh− h×nh d−íi : C¸c van T1, T2 lÇn l−ît dÉn dßng theo 1 chiÒu x¸c ®Þnh nªn dßng qua cÆp thyristor ®Êu song song ng−îc nµy lµ dßng xoay chiÒu. C¸c van thyristor ®−îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau gãc 180 ®é ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o dßng qua cÆp van lµ hoµn toµn ®èi xøng.
Mét −u ®iÓm cña viÖc sö dông hai van thyristor ®Êu song song ng−îc nhau thay thÕ cho triac trong n¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu lµ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn ®Ó më vµ kho¸ thyristor dÔ dµng h¬n nhiÒu so víi triac. Ta cã ®å thÞ d¹ng ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu : C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu cã nh−îc ®iÓm c¬ b¶n lµ trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh, m¹ch lu«n lµm viÖc ë chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, c¶ d¹ng dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ra t¶i ®Òu kh«ng sin nªn chØ phï hîp víi c¸c t¶i lo¹i ®iÖn trë nh− lß ®iÖn trë , bãng ®Ìn lo¹i sîi ®èt v...v... Dßng ®iÖn sÏ liªn tôc vµ ®ång thêi trë thµnh h×nh sin hoµn chØnh chØ khi ®iÖn ¸p ra t¶i lÊy b»ng ®iÖn ¸p nguån. Nh− vËy, khi ®iÒu chØnh trªn t¶i nhËn ®−îc mét d¶i n sãng hµi h×nh sin. MÆc dï vËy, víi t¶i lµ ®iÖn trë thuÇn cña lß ®iÖn trë th× viÖc d¹ng ®iÖn ¸p ra t¶i kh«ng sin còng kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß. C¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu kh«ng phï hîp víi t¶i d¹ng c¶m kh¸ng nh− biÕn ¸p hoÆc ®éng c¬ ®iÖn,... nªn chØ dïng khi ph¹m vi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p kh«ng lín. Trong thùc tÕ c«ng nghiÖp, c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu th−êng sö dông lµ c¸c m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha, t¶i m¾c h×nh sao( Y ) hoÆc t¶i h×nh tam gi¸c ( Δ ). Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi m¹ch mét pha v× ë ®©y c¸c pha ¶nh h−ëng m¹nh
sang nhau vµ nã cßn tuú thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh− s¬ ®å ®Êu van, gãc ®iÒu khiÓn cô thÓ, tÝnh chÊt t¶i... H×nh trªn lµ s¬ ®å th−êng dïng nhÊt, ®ã lµ s¬ ®å cã s¸u thyristor ®Êu thµnh ba cÆp song song ng−îc. II - Quan hÖ gi÷a gãc ®iÒu khiÓn vµ c«ng suÊt ra t¶i Khi ph©n tÝch ho¹t ®éng cña s¬ ®å ta cÇn x¸c ®Þnh râ xem trong c¸c giai ®o¹n sÏ cã bao nhiªu van dÉn vµ nhê c¸c quy luËt d−íi ®©y ta cã thÓ cã ®−îc biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n, tõ ®ã míi tiÕn hµnh tÝnh to¸n. D−íi ®©y lµ c¸c quy luËt dÉn dßng cña van trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha: • NÕu mçi pha cã mét van dÉn th× toµn bé ®iÖn ¸p ba pha nguån ®Òu nèi ra t¶i. • NÕu chØ hai pha cã van dÉn th× mét pha nguån bÞ ng¾t ra khái t¶i, do ®ã ®iÖn ¸p ®−a ra t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y nµo cã van ®ang dÉn. • Kh«ng thÓ cã tr−êng hîp chØ cã mét pha dÉn dßng. Dùa vµo quy luËt dÉn dßng cña van trong tõng giai ®o¹n mµ ta cã thÓ x©y dùng ®−îc ®å thÞ ®iÖn ¸p ra cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha. TiÕp theo, tõ nh÷ng biÓu thøc ®iÖn ¸p cña tõng giai ®o¹n ®ã ta l¹i cã thÓ tÝnh to¸n ®−îc c¸c ®¹i l−îng cÇn tÝnh nh− ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, c«ng suÊt... Ta xÐt ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng s¸u thyristor ®Êu song song ng−îc, t¶i thuÇn trë ®Êu h×nh sao ë trªn vµ dùng ®å thÞ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt t¶i vµ gãc α : C«ng suÊt t¶i lµ : P = 3.I 2 .R trong ®ã I lµ trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn t¶i. Dßng ®iÖn nµy biÕn thiªn theo hai trong ba quy luËt dÉn dßng cña van nh− sau : • NÕu mçi pha cã mét van dÉn ( hay toµn m¹ch cã ba van dÉn) : U dm i= sin(θ + ϕ) 3R • NÕu chØ cã hai van dÉn (hay toµn m¹ch cã hai van dÉn ) : U dm i= sin(θ + ϕ) 2R trong ®ã : U dm lµ biªn ®é ®iÖn ¸p d©y. ϕ lµ gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ë giai ®o¹n ®ang xÐt.
Tuú thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn mµ c¸c giai ®o¹n cã ba van dÉn hoÆc hai van dÉn còng thay ®æi theo. Ta thÊy cã ba kho¶ng ®iÒu khiÓn chÝnh : 1) Kho¶ng dÉn cña van øng víi α = 0 ÷ 60 o : Trong ph¹m vi nµy sÏ cã c¸c giai ®o¹n ba van vµ hai van dÉn xen kÏ nhau nh− ®å thÞ d−íi ®©y : Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I 2 .R = π 2π 2π +α +α 3U dm π / 3 sin 2 θ 2 3 sin 2 θ 3 sin 2 θ 3 sin 2 θ π sin 2 θ (∫ dθ + ∫ dθ + ∫ dθ + ∫ dθ + ∫ dθ) πR α 3 π 4 π +α 3 2π 4 2π +α 3 3 3 3 3 3U dm π α sin 2α 2 = [ − + ] (1) πR 6 4 8
2) Kho¶ng van dÉn øng víi α = 60 ÷ 90 o : Trong ph¹m vi nµy lu«n chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra ë d−íi : Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I 2 .R 5π π 5π π − +α − +α 3U 2 6 3 sin θ 2 6 3 sin 2 θ = [ ∫ dm dθ + ∫ 4 dθ] πR π − π + α 4 π π − +α 2 3 2 3 3U dm π 3 2 3 = [ + sin 2α + cos 2α] (2) πR 12 16 16
3) Kho¶ng van dÉn øng víi α = 90 ÷ 150 o : Trong ph¹m vi nµy chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn hoÆc kh«ng cã van nµo dÉn xen kÏ nhau. Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p ra nh− ë d−íi : Dùa vµo ®å thÞ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc biÓu thøc liªn quan gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : P = 3.I 2 .R 3U dm π sin 2 θ 2 π sin 2 θ = [ ∫ dθ + ∫ dθ] πR π − π +α 4 π π − +α 3 2 3 2 3 3U dm 5π α 2 3 1 = [ − + cos 2α + sin 2α] (3) πR 24 4 16 16 Theo ba biÓu thøc (1), (2), (3) vµ cho c¸c gi¸ trÞ α kh¸c nhau vµ lÊy P ë α = 0 lµ 100% ta cã b¶ng c¸c gi¸ trÞ vµ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn 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 NhËn xÐt : c«ng suÊt ®−a ra t¶i lµ lín nhÊt khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 nh−ng víi α =30 th× c«ng suÊt ra t¶i còng xÊp xØ khi α = 0. Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng−îc t¶i thuÇn trë ®Êu tam gi¸c, d¹ng ®iÖn ¸p tõng pha còng nh− vËy. Tuy nhiªn, do t¶i ®Êu tam gi¸c nªn khi m¹ch cã ba van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i lµ ®iÖn ¸p d©y, khi m¹ch cã hai van dÉn th× ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë t¶i gi÷a hai d©y ®ã lµ ®iÖn ¸p d©y cßn ®iÖn ¸p r¬i trªn hai ®iÖn trë cßn l¹i b»ng mét nöa ®iÖn ¸p d©y.
Ch−¬ng 3 ThiÕt kÕ tÝnh to¸n m¹ch lùc I - TÝnh chän van b¸n dÉn Trong m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha dïng cho lß ®iÖn d−íi ®©y ta sö dông m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng−îc, t¶i thuÇn trë ®Êu sao. C¸c biÓu thøc thÓ hiÖn quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ra t¶i P vµ gãc ®iÒu khiÓn α : Víi α = 0 ÷ 60 o : 3U dm π α sin 2α 2 P= [ − + ] πR 6 4 8 Víi α = 60 ÷ 90o : 3U dm π 3 2 3 P= [ + sin 2α + cos 2α] πR 12 16 16 Víi α = 90 ÷ 150o : 3U dm 5π α 2 3 1 P= [ − + cos 2α + sin 2α] πR 24 4 16 16
C«ng suÊt ®Þnh møc cña lß ®iÖn lµ Pdm = 40 (kw) Tæn hao cña lß ®iÖn ΔP = 3 (kw) Trong thùc tÕ, lß ®iÖn cã thÓ coi lµ hé tiªu dïng ®iÖn lo¹i mét, nghÜa lµ nguån cung cÊp cho lß ®iÖn lµ æn ®Þnh. Tuy nhiªn, ®Ó ®¶m b¶o hiÖu qu¶ còng nh− sù an toµn trong ho¹t ®éng cña lß ®iÖn, ta sÏ chän mét l−îng c«ng suÊt dù tr÷ cho lß ®iÖn ®Ò phßng tr−êng hîp ®iÖn ¸p nguån v× mét lý do nµo ®ã bÞ sôt ¸p . Ngoµi ra, trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éngcua m×nh, lß ®iÖn còng chÞu thªm mét sè tæn thÊt kh¸c nh− tæn thÊt trªn c¸c van b¸n dÉn, tæn thÊt trªn ®−êng d©y... nh−ng do kh«ng ®¸ng kÓ so víi tæng tæn thÊt v× nhiÖt cña lß nªn ta cã thÓ bá qua. Khi α = 0 th× ®iÖn ¸p ra t¶i lµ h×nh sin hoµn toµn vµ ®ång thêi c«ng suÊt ra t¶i còng ®¹t c«ng suÊt lín nhÊt P = Pmax v× vËy ®Ó ®¶m b¶o ®ñ bï c¸c tæn hao ®· nãi ë trªn ta chän c«ng suÊt lín nhÊt cña lß øng víi khi gãc ®iÒu khiÓn α = 0 lµ : P = Pmax = 50 (kw) Dùa vµo c«ng thøc (1) ta tÝnh ®−îc c«ng suÊt ra t¶i khi α = 0 2 U dm Pmax = 2R t 2 U dm 380 2 Rt = = = 1,444 (Ω) 2Pmax 2.50.103 ta x¸c ®Þnh ®−îc d©y ®iÖn trë cña lß cã gi¸ trÞ lµ 1,444 (Ω). Tõ ®©y, dùa vµo c«ng nghÖ chÕ t¹o ta cã thÓ tiÕn hµnh thiÕt kÕ chi tiÕt cho d©y ®iÖn trë ®Ó cã thÓ ®¶m b¶o ®−îc c¸c yªu cÇu kinh tÕ kÜ thuËt cña lß ®iÖn. TiÕp theo, ta tiÕn hµnh chän van th«ng qua c¸c th«ng sè kü thuËt cña van lµ ®iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt, dßng trung b×nh qua van ... Nh− ®· nãi ë trªn, ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu còng t−¬ng tù nh− m¹ch chØnh l−u, cô thÓ lµ m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng−îc cã nguyªn lý ho¹t ®éng trong mét chu kú còng gièng nh− nguyªn lý cña m¹ch chØnh l−u ba pha h×nh tia. V× vËy, ta cã thÓ hoµn toµn ¸p dông c¸c th«ng sè chän van cña m¹ch chØnh l−u ba pha h×nh tia cho m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha s¸u thyristor ®Êu song song ng−îc. Cô thÓ :