Xem mẫu
- 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 :
nguon tai.lieu . vn
