Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy bằng điện trở

ng tõ khi nhËn ®­îc xung ®iÒu khiÓn më cho ®Õn q = 900. Trªn h×nh 2.18b tr×nh bµy d¹ng ®iÖn ¸p t¶i pha A, ë gãc më a = 300. TrÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p t¶i pha A. Khi H×nh 2.18: S¬ ®å t¶i thuÇn trë ®Êu Y §2.3. ThiÕt kÕ m¹ch ®éng lùc víi ®iÖn ¸p 220/380 (V) xoay chiÒu. Sau khi ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ c¸c s¬ ®å ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p xoay chiÒu, víi t¶i lµ d©y ®èt thuÇn trë, cã c«ng suÊt võa ph¶i nªn ta chän s¬ ®å ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu ba pha dïng triac, t¶i ®Êu “Y” lµ hîp lý nhÊt. 1. S¬ ®å ®éng lùc: v× dßng ®iÖn cña t¶i nhá nªn ta dïng van ®éng lùc lµ triac. Víi t¶i ®Êu Y. T 1 C 1 R 1 R R R 1 C 1 T 2 R R 1 C 1 T 3 R 2 C 2 R 2 C 2 R 2 C 2 R 0 R 0 R 0 A A A V Ap A B C N CM H×nh 2.21: S¬ ®å m¹ch lùc 2. TÝnh chän Triac. Theo ®Çu bµi ta cã: P = 60 (KW) = 60.000 (W) V× t¶i lµ d©y ®èt ®iÖn trë nªn cosj » 1. (W) Þ 91,16 (A) - §iÖn ¸p qua triac lµ: = 537,4 (V) - Dßng ®iÖn qua triac lµ: Ivan = I®m = 91,16 (A) - Chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t cho triac b»ng qu¹t gi¸o ®èi l­u kh«ng khÝ nªn dßng ®iÖn lµm viÖc (Ivl) cña triac cã thÓ ®­îc chän ®Õn 40% cña dßng ®iÖn ®Þnh møc (I®m) cña van (Ilv £ 40%I®m). V× vËy ta cã: Ivan chän = 1,6.91,16 = 145,856 (A) Uvanchän = 1,6.537,4 = 860 (V) Ta chän van triac lo¹i SSG300C100 cã c¸c th«ng sè sau: U®mmax = 1000 (V): ®iÖn ¸p ®Þnh møc (®iÖn ¸p ®¸nh thñng) I®mmax = 300 (A): Dßng ®iÖn ®Þnh møc Igmax = 400 (mA): Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn max Ugmax = 3,0 (V): §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn max DUmax = 1,5 (V): Sôt ¸p trªn van khi më = 100 (V/s): tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p Tcpmax = 1250C: NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp max Ipikmax = 3300 (A): §Ønh xung dßng ®iÖn Irmax = 25 (mA): Dßng ®iÖn rß max Ihmax = 150 (mA): Dßng ®iÖn tù gi÷ tmax = 10 (ms): Thêi gian gi÷ xung ®iÒu khiÓn max. 3. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ van: a. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®é cho van: Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn ch¹y qua van cã sôt ¸p, do ®ã cã tæn hao c«ng suÊt DP, tæn hao nµy sinh ra nhiÖt ®èt nãng van b¸n dÉn. MÆt kh¸c van b¸n dÉn chØ ®­îc phÐp lµm viÖc d­íi nhiÖt ®é cho phÐp T0cp nµo ®ã, nÕu qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp th× c¸c van b¸n dÉn sÏ bÞ ph¸ háng. §Ó van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, kh«ng ®­îc chäc thñng vÒ nhiÖt, ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý. - TÝnh to¸n c¸nh to¶ nhiÖt - Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 triac: DP = DU. Ilv = 1,5. 91,16 = 136,74 (W) - DiÖn tÝch bÒ m¹t to¶ nhiÖt Trong ®ã DP: Tæn hao c«ng suÊt t: §éc chªnh lÖch nhiÖt so víi m«i tr­êng. Chän nhiÖt ®é m«i tr­êng Tmt = 400C. nhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp cña triac Tcp0 = 1250C. Chän nhiÖt ®é trªn c¸nh to¶ nhiÖt Tlv = 800C. t = Tlv - Tmt = 80 - 40 = 400C. KM: H sè to¶ nhiÖt ®èi l­u vµ bøc x¹ chän KM = 8 [W/m20C] VËy = 0,43 (m2) Chän lo¹i c¸nh to¶ nhiÖt cã 20 c¸nh, kÝch th­íc mçi c¸nh lµ: a x b = 11 x 11 = 121 (cm2) Tæng diÖn tÝch to¶ nhiÖt cña c¸nh lµ: S = 20. 2. 11. 11 = 4840 (cm2) = 0,484 (m2) Chän R0 = 1 (W) H×nh 2.22. C¸nh to¶ nhiÖt cña triac. b. B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van §iÖn ¸p trªn van qu¸ lín so víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña van ta gäi lµ qu¸ ®iÖn ¸p van. §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do qu¸ tr×nh ®ãng, c¾t c¸c triac ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c R - C song song víi triac. Khi cã sù chuyÓn m¹ch, c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a hai ®Çu nèi cña triac B1 vµ B2. Khi cã m¹ch R - C m¾c song song víi triac t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn triac kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p. H×nh 2.23. M¹ch R - C b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do chuyÓn m¹ch. Theo tµi liÖu chän: R1 = 5,1 (W), C1 = 0,25 mF - B¶o vÖ xung ®iÖn ¸p tõ l­íi ®iÖn, m¾c m¹ch R-C nh­ h×nh 2.24, nhê cã m¹ch läc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh­ n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®­êng d©y. C 2 R 2 C 2 R 2 R 2 C 2 H×nh 2.24. M¹ch RC b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p tõ l­íi TrÞ sè R, C ®­îc chän theo tµi liÖu: R2 = 12,5(W), C2 = 4 mF (tµi liÖu thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt). c. B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cho van. - ¸ptom¸t dïng ®Ó ®ãng, c¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng b¶o vÖ khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch triac, ng¾n m¹ch ®Çu ra biÕn ®æi, ng¾n m¹ch t¶i. + Chän 1 ¸ptom¸t cã: I®m = 1,1I = 1,1. 91,16 = 100,276 (A) = 100 (A) U®m= 380 (V) Cã 3 tiÕp ®iÓm chÝnh, cã thÓ ®ãng c¾t b»ng tay hoÆc b»ng nam ch©m ®iÖn. + Chän cÇu dao cã dßng ®Þnh møc lµ: I®mcd = 1,1. I = 1,1. 91,16 = 100 (A) 4. TÝnh chän d©y dÉn. D©y dÉn ®­îc chän theo ®iÒu kiÖn ph¸t nãng nh­ sau: K1. K2. Icp ³ Itt. Trong ®ã: K1: HÖ sè kÓ ®Õn m«i tr­êng ®Æt c¸p K2: HÖ sè hiÖu chØnh theo sè l­îng c¸p ®Æt trong r·nh Icp: Dßng ®iÖn cho phÐp cña d©y dÉn ®­îc chän Itt: Dßng ®iÖn tÝnh to¸n - Tra PL4.28 chän 4 d©y dÉn ®ång 1 lâi cã tiÕt diÖn F = 1 x 25mm2. Cã Icp = 144 (A), c¸ch ®iÖn PVC do h·ng Lens chÕ t¹o. PL4.7 cã r0 = 0,57, x0 = 0,062 (W/km) - KiÓm tra ®iÒu kiÖn ph¸t nãng: K1. K2. Icp ³ Itt K1 = 0,85 K2 = 0,95: §Æt 3 sîi c¸p cïng r·nh c¸p (B¶o vÖ b»ng ¸pt«m¸t nhiÖt) 116,3 > 72,93 (A). VËy d©y dÉn ®· chän tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ph¸t nãng. Ch­¬ng III: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt §iÒu khiÓn nhiÖt ®é cña lß nh»m môc ®Ých t¹o ra mét nhiÖt ®é thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn sö dông lß. ViÖc ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é b»ng c¸ch ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cÊp cho sîi ®èt, mµ viÖc ®iÒu chØnh dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p lµ ®iÒu chØnh gãc më cña triac. ViÖc ®iÒu chØnh gãc më a cña triac ®­îc thùc hiÖn nh­ sau: §3.1. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn triac (Tiristor) Trong thùc tÕ ng­êi ta th­êng dïng hai nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn: th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh vµ th¼ng ®øng “arcos” ®Ó thùc hiÖn ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Tiristor còng nh­ triac. 1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p. - §iÖn¸p ®ång bé, ký hiÖu Us, ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn hai ®Çu lùc cña Tiristor, triac th­êng ®Æt vµo ®Çu ®¶o cña kh©u so s¸nh. - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ký hiÖu Ucm (®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é) th­êng ®Æt vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh. HiÖu ®iÖn thÕ ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh lµ; Ud = Ucm - Us. Mçi khi Us = Ucm th× kh©u so s¸nh lËt tr¹ng th¸i, ta nhËn ®­îc “s­ên xuèng cña ®iÖn ¸p ®Çu ra cña kh©u so s¸nh, s­ên xuèng nµy th«ng qua ®a hµi mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh, t¹o ra 1 xung ®iÒu khiÓn. Nh­ vËy, b»ng c¸ch lµm biÕn ®æi Ucm, ng­êi ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra, tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a. Gi÷a a vµ Ucm cã quan hÖ nh­ sau: ng­êi ta lÊy Ucmmax = Usm. U s U cm U cm w t 0 a a US w t X®k 0 H×nh 3.1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh 2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “arccos” Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p. - §iÖn ¸p ®ång bé US, v­ît tr­íc UAK = Umsinwt cña tiristor mét gãc p/2 b»ng US = Um. coswt. - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Ucm lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é theo hai chiÒu (d­¬ng vµ ©m). NÕu ®Æt US vµo cæng ®¶o vµ UCM vµo cæng kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh th× khi US = Ucm, ta sÏ nhËn ®­îc xung rÊt m¶nh ë ®Çu ra cña so s¸nh khi kh©u nµy lËt tr¹ng th¸i: Umcosj = Ucm. Do ®ã: a = arecos Khi Ucm = Um th× a = 0. Khi Ucm = 0 th× a = Khi Ucm = -Um th× a = p. Nh­ vËy, khi ®iÒu chØnh Ucm tõ trÞ Ucm = +Um, ®Õn trÞ Ucm = -Um, ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a tõ 0 ®Õn p. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “arccos” ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái chÊt l­îng cao. w t 0 p U s U AK 2p U AK U s U cm a Xñk w t 0 H×nh 3.2: Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng 3. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn. §ång pha So s¸nh KhuÕch ®¹i T §Ó thùc hiÖn tèt ®­îc viÖc ®iÒu khiÓn Tiristor, triac th× m¹ch ®iÒu khiÓn bao gåm c¸c kh©u c¬ b¶n sau: H×nh 3.3. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn Víi s¬ ®å nµy nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ sau: - Kh©u ®ång pha cã nhiÖm vô t¹o ra ®iÖn ¸p tùa Urc (th­êng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristor. - Kh©u so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau (U®k = Urc). T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuÕch ®¹i. Kh©u t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o ra xung phï hîp ®Ó më Tiristor. Xung ®Ó më Tiristor cã yªu cÇu: s­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng, ®Ó b¶o ®¶m yªu cÇu Tiristor më tøc thêi khi cã xung ®iÒu khiÓn (th­êng gÆp lo¹i xung nµy lµ xung kim hoÆc xung ch÷ nhËt); ®ñ ®é rräng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña Tiristor, ®ñ c«ng suÊt , c¸ch ly gi÷a m¹ch m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc (nÕu ®iÖn ¸p ®éng lùc qu¸ lín). - Víi nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ vËy ta tiÕn hµnh thiÕt kÕ, tÝnh chän c¸c kh©u c¬ b¶n cña ba khèi trªn. Chi tiÕt vÒ c¸c m¹ch nµy nh­ sau: 4. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý t¹o ra c¸c kh©u: a. Kh©u ®ång pha. Mét sè kh©u ®ång pha ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.4 a) b) U r C U v -E R 2 R 1 U 1 A1 R 1 U 2 + - R 3 A2 + - R 2 D 1 T r B Ur C 1 A c) d) H×nh 3.4. Mét sè kh©u ®ång pha ®iÓn h×nh S¬ ®å h×nh 3.4a lµ s¬ ®å ®¬n gi¶n, dÔ thùc hiÖn, víi sè linh kiÖn Ýt nh­ng chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra kh«ng tèt. §é dµi cña phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh cña ®iÖn ¸p tùa kh«ng phñ hÕt 1800. Do vËy, gãc më van lín nhÊt bÞ giíi h¹n. Hay nãi c¸ch kh¸c, nÕu theo s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p t¶i kh«ng ®iÒu khiÓn ®­îc tõ 0 tíi cùc ®¹i mµ tõ mét trÞ sè nµo ®ã ®Õn cùc ®¹i. §Ó kh¸c phôc nh­îc ®iÓm vÒ d¶i ®iÒu chØnh ë s¬ ®å h×nh 3.4a ng­êi ta sö dông s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa b»ng s¬ ®å h×nh 3.4b. Theo s¬ ®å nµy, ®iÖn ¸p tùa cã phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh phñ hÕt nöa chu kú ®iÖn ¸p. Do vËy, khi cÇn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 tíi cùc ®¹i lµ hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc. Víi sù ra ®êi cña c¸c linh kiÖn ghÐp quang, chóng ta cã thÓ sö dông s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa b»ng bé ghÐp quang nh­ h×nh 3.4c. Nguyªn lý vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa cña hai s¬ ®å b, c t­¬ng ®èi gièng nhau. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å c ë chç kh«ng cÇn biÕn ¸p ®ång pha, do ®ã cã thÓ ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. C¸c s¬ ®å trªn ®Òu cã chung nh­îc ®iÓm lµ viÖc më, kho¸ c¸c Tiristor trong vïng ®iÖn ¸p lªn cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc n¹p, x¶ tô trong vïng ®iÖn ¸p l­íi gÇn 0 kh«ng ®­îc nh­ ý muèn. Ngµy nay c¸c vi m¹ch ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu, chÊt l­îng ngµy cµng cao, kÝch th­íc gän, øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cã thÓ cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p l­íi tèt. Trªn s¬ ®å h×nh 3.4d m« t¶ s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. D 1 D 2 D 3 D 4 R 1 R 2 - A1 R 5 C D 5 Urc + A2 C 1 + R 3 R 4 R 6 C T r - -E U AT +E T rQ B e. S¬ ®å ®ång pha t¹o ®iÖn ¸p tùa c¶ chu kú UCL U t t t t s¬ ®å nguyªn lý ho¹t ®éng cña h×nh 3.4e. UA UB UC Urc t S¬ ®å e cã ­u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n, kinh tÕ, t¹o ®­îc ®iÖn ¸p ra Urc r¨ng c­a trong c¶ chu kú. Nh­ng nh­îc ®iÓm lµ kho¶ng ®iÖn ¸p r¨ng c­a b»ng kh«ng nhá kh«ng ®iÒu khiÓn ®­îc. Nh­ng ®èi víi t¶i lµ d©y ®èt ®iÖn trë th× kh«ng cÇn chÊt l­îng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn cao nªn cã thÓ dïng ®­îc s¬ ®å nµy. Ngoµi ra cßn nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å nµy n÷a lµ ®iÖn ¸p thËt sau transistor kh«ng ph¶i lµ h×nh sin. +12(V) H×nh 3.4.g. S¬ ®å ®ång pha t¹o ®iÖn ¸p tùa liªn tiÕp hai nöa chu kú s¬ ®å nguyªn lý ho¹t ®éng cña h×nh 3.4 g. U c t U B t U U CL t U A t U 1 §iÖn ¸p chØnh l­u UA ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U1 lÊy trªn biÕn trë VR1. T¹i thêi ®iÓm UA = U1 th× ®æi dÊu ®iÖn ¸p ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1. KÕt qu¶ lµ chóng ta cã chuçi xung ch÷ nhËt kh«ng ®èi xøng UB. ë ®©y cã ®é réng xung ©m g cñaUB , phÇn d­¬ng UB tÝch ph©n qua A2 thµnh ®iÖn ¸p tùa. Trong vïng g lµm mÊt xung ®iÒu khiÓn, do kh«ng cã ®iÖn ¸p tùa. Theo Nguyªn t¾c nµy cµng gi¶m nhá g cµng tèt, mµ gãc g mét do U1 quyÕt ®Þnh. V× vËy cã thÓ gi¶m U1 ®Ó cã gãc g mét vµi ®é, sai sè vµi ®é lµ hoµn toµn cho phÐp. ViÖc ®iÒu khiÓn triac cÇn ph¶i t¹o ra ®iÖn ¸p tùa cã c¶ chu kú sö dông s¬ ®å nµy lµ ­u ®iÓm h¬n c¶. b. Mét sè m¹ch th­êng dïng lµm kh©u so s¸nh. H×nh 3.5. S¬ ®å c¸c kh©u so s¸nh th­êng gÆp a. B»ng transistor; b. Céng mét cæng ®¶o cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n; c. Hai cæng cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristor chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng transistor (Tr) nh­ trªn h×nh 1.22a. T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu vµo Tr lËt tr¹ng th¸i tõ kho¸ sang më (hay ng­îc l¹i tõ më sang kho¸), lµm cho ®iÖn ¸p ra còng bÞ lËt tr¹ng th¸i, t¹i ®ã chóng ta ®¸nh dÊu ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristor. Víi møc ®é më b·o hoµ cña Tr phô thuéc vµo hiÖu U®k ± Urc = Ub hiÖu nµy cã mét vïng ®iÖn ¸p nhá hµng mV, lµm cho Tr kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më Tiristor bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc. K§TT cã hÖ sè ®iÒu kiÖn v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông K§TT trªn h×nh 3.5b,c rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc. c. Mét sè s¬ ®å khuÕch ®¹i th­êng dïng Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristor nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng transistor c«ng suÊt nh­ m« t¶ trªn h×nh 3.6a. §Ó cã xung kim göi tíi Tiristor, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ ®iÒu kiÖn c«ng suÊt ta dïng Tr, diode b¶o vÖ Tr vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung. Khi Tr kho¸ ®ét ngét, mÆc dï víi nh­ng s¬ ®å nµy kh«ng ®­îc dïng réng r·i, bëi v× hÖ sè khuÕch ®¹i cña transistor lo¹i nµy nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín, ®Ó khuÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang. c) R T r D BAX U v R U v T r1 D BAX T r2 +E +E T r1 R T r2 D BAX U v D C a) b) H×nh 3.7. S¬ ®å c¸c kh©u khuÕch ®¹i th­êng dïng a. TÇng transistor c«ng suÊt; b. B»ng s¬ ®å darlington; c. S¬ ®å cã tô nèi tÇng. TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ h×nh 3.7b th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c transistor. Trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng 10 - 20 ms) mµ thêi gian më th«ng c¸c transistor c«ng suÊt (tèi ®a tíi mét nöa chu kú 0,01s), lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d­ cña Tr qu¸ lín vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p ®ñ lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tr vµ kÝch th­íc d©y quÊn BAX chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng nh­ h×nh 3.7c. Theo s¬ ®å nµy, Tr chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. §èi víi mét sè s¬ ®å m¹ch, ®Ó gi¶m c«ng suÊt cho tÇng khuÕch ®¹i vµ t¨ng l­îng xung kÝch më, nh»m ®¶m b¶o Tiristor më mét c¸ch ch¾c ch¾n, ng­êi ta hay ph¸t xung chïm cho c¸c Tiristor. Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuÕch ®¹i, ta ®­a chÌn thªm mét cæng vµ (&) víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ tõ bé ph¸t xung chïm nh­ h×nh 3.8. & Tíi khuÕch ®¹i Tõ so s¸nh Tõ chïm xung H×nh 3.8. S¬ ®å phèi hîp t¹o xung chïm Mét sè s¬ ®å kh©u t¹o xung chïm m« t¶ trªn h×nh 3.9. Vi m¹ch 555 t¹o xung ®ång hå h×nh 3.9a. Cho ta chÊt l­îng xung kh¸ tèt vµ s¬ ®å còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. S¬ ®å nµy th­êng gÆp trong c¸c m¹ch t¹o chïm. Trong thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn, ta th­êng sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Do ®ã ®Ó ®ång d¹ng vÒ linh kiÖn, kh©u t¹o xung chïm cã thÓ sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ c¸c s¬ ®å trªn h×nh 3.9b. Tuy nhiªn, ë ®©y s¬ ®å dao ®éng ®a hµi h×nh 3.9b cã ­u ®iÓm h¬n vÒ møc ®é ®¬n gi¶n, do ®ã ®­îc sö dông kh¸ réng r·i trong c¸c m¹ch t¹o xung ch÷ nhËt. H×nh 3.9. Mét sè s¬ ®å chïm xung §3.2. S¬ ®å ®iÒu khiÓn I. Chän m¹ch ®iÒu khiÓn. a. Kh©u ®ång pha. Tõ nh÷ng ph©n tÝch vÒ ­u vµ nh­îc ®iÓm cña mét sè s¬ ®å ®ång pha trªn ta thÊy s¬ ®å ®ång pha t¹o ®iÖn ¸p tùa c¶ chu kú lµ hîp lý nhÊt víi m¹ch ®iÒu khiÓn triac, t¶i lµ d©y ®èt ®iÖn trë kh«ng cÇn chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao (h×nh 3.4g). b. Kh©u so s¸nh: Ta chän s¬ ®å kh©u so s¸nh song song céng mét cæng ®¶o cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n. V× s¬ ®å nµy ®¬n gi¶n, cã hÖ sè khuÕch ®¹i v« cïng lín, ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c. c. Kh©u khuÕch ®¹i t¹o xung Gåm bé ph¸t xung chïm dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ mét cæng AND hai ®Çu vµo. Mét ®Çu lµ tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh vµ mét ®Çu lµ tõ bé ph¸t xung chïm, ®Çu ra cña cæng AND ®Õn bé khuÕch ®¹i b»ng hai transistor råi qua biÕn ¸p xung t¹o xung më thÝch hîp cho triac. S¬ ®å ®iÒu khiÓn mét kªnh ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.10a vµ s¬ ®å biÓu diÔn ®iÖn ¸p cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.10b. U a 2p p U a U A U 1 U rc U ®k U c U D U E U F X ®k t t t t t t t t t1 0 0 0 0 0 0 0 0 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 H×nh 3.10b: BiÓu ®å ®iÖn ¸pcña m¹ch ®iÒu khiÓn * Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å ®iÒu khiÓn mét kªnh. §iÖn ¸p chØnh l­u UA ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U1 lÊy trªn biÕn trë VR1. T¹i thêi ®iÓm UA = U1 th× ®æi dÊu ®iÖn ¸p ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1. KÕt qu¶ lµ t¹o ra chuçi xung ch÷ nhËt kh«ng ®èi xøng UB, ë ®©y cã ®é réng xung ©m g cña UB, phÇn d­¬ng UB tÝch ph©n qua A2 thµnh ®iÖn ¸p tùa UC. Trong vïng g lµm mÊt xung ®iÒu khiÓn, do kh«ng cã ®iÖn ¸p tùa theo nguyªn t¾c nµy cµng gi¶m nhá gãc g cµng tèt, mµ gãc g do U1 quyÕt ®Þnh. V× vËy cã thÓ gi¶m U1 ®Ó cã gãc g mét vµi ®é, sai sè mét vµi ®é lµ hoµn toµn cho phÐp. PhÇn ®iÖn ¸p tùa Uc ®­îc kÐo lªn trªn trôc hoµnh bµng ®iÖn ¸p lÊy tõ VR2. ViÖc kÐo ®iÖn ¸p tùa Uc lªn trªn trôc hoµnh nµy chØ nh»m môc ®Ých ®Ó ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k ®ång biÕn víi ®iÖn ¸p ra. §iÖn ¸p tùa Urc ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U®k t¹i ®Çu vµo cña A3. Tæng ®¹i sè Urc + U®k quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n A3. Trong kho¶ng 0 ¸ t1 ®iÖn ¸p U®k > Urc, ®iÖn ¸p UD ©m (UD 0). C¸c kho¶ng thêi gian tiÕp theo t­¬ng tù lÆp l¹i. M¹ch ®a hµi t¹o xung chïm A4 cho ta chuçi xung tÇn sè cao víi ®iÖn ¸p UE. Dao ®éng ®a hµi cÇn cã tÇn sè hµng chôc KHz ë ®©y ta chän 3KHz. Hai tÝn hiÖu UD vµ UE cïng ®­îc ®­a vµo kh©u AND hai cæng vµo khi ®ång thêi cã c¶ hai tÝn hiÖu d­¬ng UD, UE (trong kho¶ng t1 ¸ t2; t3 ¸ t4; t5 ¸t6; t7¸t8), chóng ta sÏ cã xung UF. C¸c xung ra UF lµm më th«ng c¸c transistor Tr2, Tr3. KÕt qu¶ lµ chóng ta nhËn ®­îc chuçi xung nhän X®k trªn biÕn ¸p xung, ®Ó ®­a tíi triac T. * S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn 3.10a chØ ®iÒu khiÓn ®­îc mét triac (mét pha), nh­ vËy ®Ó ®iÒu khiÓn ®­îc ®iÖn ¸p xoay chiÒu c¶ 3 pha theo yªu cÇu th× ta ph¶i dïng 3 kªnh ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu khiÓn 3 triac cña 3 pha, s¬ ®å ®­îc m« t¶ nh­ sau: II. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn C¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc x¸c ®Þnh xuÊt ph¸t tõ yªu cÇu vÒ xung më triac, nªn khi ta tÝnh to¸n c¸c th«ng sè trong m¹ch th× ph¶i b¾t ®Çu tÝnh tõ m¸y biÕn ¸p xung råi ®Õn c¸c kh©u kÕ tiÕp. 1. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p xung. ë ch­¬ng II ta ®· chän triac cã c¸c th«ng sè sau Møc sôt biªn ®é xung: Sx = 0,15 Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn max: Igmax = 0,4 (A) = I®k §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn max: Ugmax = 3 (V) = U®k Tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p: Thêi gian gi÷ xung ®iÒu khiÓn: txmax = 10 (ms) §iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn: U = ± 12 (V) TÇn sè xung ®iÒu khiÓn: fx = 3 Khz T x T x T T U T W 2 W 1 a) b) H×nh 3.12.a. M¸y biÕn ¸p xung; b. §å thÞ ®iÖn ¸p xung * TÝnh to¸n lâi thÐp m¸y biÕn ¸p xung. V× xung ®iÒu khiÓn lµ xung chïm cã tÇn sè cao nªn ®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y sinh ra ta chän vËt liÖu s¾t tõ lo¹i pherit, cã d¹ng h×nh xuyÕn lµm viÖc trªn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã DB = 0,3 (T) vµ DH = 30 (A/m), kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ. Th«ng th­êng tû sè biÕn ¸p xung: m = 1 ¸ 3, ta chän m = 3 §iÖn ¸p ë cuén thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p xung: U2 = U®k = 3 (V) §iÖn ¸p ®Æt trªn cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p xung: U1 = mU2 = 3.3 = 9 (V) Dßng ®iÖn thø cÊp cña biÕn ¸p xung: I2 = I®k = 0,4 (A) Dßng ®iÖn ch¹y trong cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung I1 = §é tõ thÈm trung b×nh t­¬ng ®èi cña lâi s¾t Trong ®ã lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ. Suy ra: ThÓ tÝch lâi thÐp cÇn cã: Trong ®ã: VËy V = 3,332 (cm2) Dùa vµo b¶ng 8.5 trang 57 tµi liÖu h­íng dÉn thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt ta chän m¹ch tõ h×nh xuyÕn cã c¸c kÝch th­íc nh­ sau: V = Q. l = 0,49. 10,2 = 4,998 (cm2) a = 6 (mm) b = 8 (mm) d = 25 (mm) D = 40 (mm) Q = 0,49 (cm2) = 40 mm2 L = 10,2 (cm2) = 1020 (mm2): ChiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ. D d a b H×nh 3.13. H×nh chiÕu lâi thÐp biÕn ¸p xung - Sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p xung Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ ta cã: (vßng) - Sè vßng d©y thø cÊp cña biÕn ¸p: (vßng) - TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = 6 (A/mm2) - §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp - TiÕt diÖn d©y ®ång trßn cã d1 = 0,17 (mm); S = 0,0227 (mm2); d1’ = 0,19mm. TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp. Chän mËt ®é dßng ®iÖn J2 = 4 (A/mm2). Theo tµi liÖu thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt - §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp Chän d©y ®ång trßn cã ®­êng kÝnh: d2 = 0,38 (mm); S = 0,1134 9mm2), d2’ = 0,42 (mm) - KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy Kl® = 0,0158. Nh­ vËy cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt 2. Chän linh kiÖn cho m¹ch ®iÒu khiÓn - Chän diode. Mét kªnh ®iÒu khiÓn nh­ h×nh 3.10a ph¶i dïng tíi 3 diode, nh­ vËy ®Ó l¾p ®­îc 3 kªnh ®iÒu khiÓn cho 3 pha ta ph¶i dïng 9 diode. Chän 9 diode lo¹i ESM - 61cã c¸c th«ng sè sau: Dßng ®iÖn cùc ®¹i: Imax = 10 (A) §iÖn ¸p ng­îc: Un = 300 (V) NhiÖt ®é cho phÐp: Tcp = 1750C Tæn hao ®iÖn ¸p ë tr¹ng th¸i më: DU = 0,7(V) - Chän céng AND §Ó thùc hiÖn ®­îc 3 kªnh ®iÒu khiÓn ta ph¶i cÇn dïng 3 cæng AND. Dùa vµo tµi liÖu “h­íng dÉn thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt” chän 1 IC 4081 hä CMOS. Mçi IC 4081 cã 4 cæng AND, cã th«ng sè nh­ sau: Nguån nu«i IC: Vcc = 3 ¸ 12 (V), chän Vcc = 12 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc: t = - 40 ¸ 800C §iÖn ¸p øng víi møc logic “1”: U = 2 ¸ 4,5 (V) Dßng ®iÖn: I £ 1 (mA) C«ng suÊt tiªu thô: P = 2,5 (mW/cæng) H×nh 3.14. S¬ ®å ch©n IC 4081 - Chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n Tõ m¹ch h×nh 3.10a cho mét kªnh ®iÒu khiÓn ta dïng 4 bé khuÕch ®¹i thô©t to¸n. Nªn ®Ó ®iÒu khiÓn 3 kªnh ta ph¶i dïng 12 bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Dùa vµo t¹i liÖu h­íng dÉn “thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt” ta chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n cho m¹ch ®iÒu khiÓn lµ lo¹i IC TL084, mçi IC cã 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n nªn ta chän 3 IC TL084 víi th«ng sè nh­ sau: §iÖn ¸p nguån nu«i: Vcc = 18 (V) Ta chän: Vcc = 12 (V) HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo: Uv = ± 30 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc: t = -25 ¸ 850C Tæng trë ®Çu vµo: Rin = 106 (MW) Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ira = 30 (pA) Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp: H×nh 3.15: S¬ ®å ch©n IC TL084 3. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña kh©u khuÕch ®¹i. Tr3 Tr2 R9 D4 BAX D5 +12V R10 H×nh 3.16: S¬ ®å kh©u khuÕch ®¹i Dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y qua transistor (Tr3) lµ: Nh­ vËy ta ph¶i chän Tr3 sao cho Ictr3 > Itb Dùa vµo “tµi liÖu tra cøu transistor NhËt B¶n” cña c¸c t¸c gi¶ TrÇn Ngäc S¬n dÞch ta chän ®­îc Tr3 cã c¸c th«ng sè sau: M· hiÖu: 2SC118, chÊt liÖu SIP §iÖn ¸p: Ucb0 = 40 (V) §iÖn ¸p: Ueb0 = 3 (V) Dßng ®iÖn cùc ®¹i qua colector: Ictr3max = 500 (mA) Lµm viÖc ë chÕ ®é xung ®iÒu kiÖn c«ng suÊt C«ng suÊt cùc ®¹i: Pcmax = 600 (MW) NhiÖt ®é cùc ®¹i: t0C = 175 0C TÇn sè giíi h¹n: fmax = 150 (Mhz) HÖ sè khuÕch ®¹i: b3 = 40 Tõ ®ã ta cã dßng ®iÖn lµm viÖc colector cña Tr3 lµ Ictr3 = I1 = 0,133 (A) = 133 (mA) Dßng ®iÖn lµm viÖc cña baz¬ Dùa vµo “tµi liÖu tra cøu transistor NhËt B¶n” cña t¸c gi¶ TrÇn Ngäc S¬n dÞch ta chän Tr2 cã c¸c th«ng sè: M· hiÖu: 2SC49, chÊt liÖu NPN §iÖn ¸p: Ucb0max = 120 (V) §iÖn ¸p: Ueb0max = 6 (V) Dßng ®iÖn cùc ®¹i qua colector: Icmax = 300 (mA) C«ng suÊt tiªu t¸n ë colector: Pcmax = 600 (mW) TÇn sè giíi h¹n: fmax = 16 (Mhz) HÖ sè khuÕch ®¹i: b3 = 60 Dßng ®iÖn lµm viÖc qua cùc baz¬ cña Tr2 lµ: ta chän tr2 khi lµm viÖc th«ng hoµn toµn, dÉn dßng IcTr2 = 300 (mA) th× dßng IbTr2 lµ: Víi Tr2 vµ Tr3 ®­îc chän nh­ vËy th× hÖ sè khuÕch ®¹i cña c¶ hÖ lµ: b = b1. b2 = 40. 60 = 2400 §Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®­a vµo cùc baz¬ cña Tr2 ta dïng ®iÖn trë R9 sao cho Trong ®ã: UG lµ ®iÖn ¸p cÊp cho cæng AND. Nh­ vËy ta chän R9 = 2,4 (KW) Ta chän nguån cÊp cho biÕn ¸p xung: E = + 12(V). Víi nguån E = 12(V) ta ph¶i m¾c thªm ®iÖn trë R10 nèi tiÕp víi cùc emittor cña Tr3 ®Ó gi¶m ¸p ®ång thêi t¹o dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung. R11 ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: 4. TÝnh th«ng sè m¹ch t¹o xung chïm + - A4 R8 R7 C2 R6 H×nh 3.17. S¬ ®å m¹ch t¹o xung chïm M¹ch t¹o xung chïm cã tÇn sè ®· chä fx = 3 Khz. Chu kú cña xung chïm: Suy ra: T = 2. 0,167.10-3 = 334.10-6 (s) = 344 (ms) Ta cã: T = 2. R8. C2. Ta chän R6 = R7 = 33 (KW) th× ta cã T = 2,2. R8. C2 = 334 (ms) VËy R8. C2 = Chän tô C2 = 0,1 (mF) cã ®iÖn ¸p U = 16 (V); §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p m¹ch th× ta chän R8 lµ biÕn trë 2,2 KW 5. TÝnh chän tÇng so s¸nh. + - A5 R5 R5 Urc U®k H×nh 3.18. S¬ ®å kh©u so s¸nh KhuÕch ®¹i thuËt to¸n ta ®· chän ë tr­íc lo¹i TL084. Chän Trong ®ã: nguån nu«i Vcc = ± 12 (V) th× ®iÖn ¸p vµo A3 lµ Uv » 12(V). Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ Iv £ 1 (mA) Do ®ã ta chän R5 = 15 (kW) khi ®ã dßng vµo A3 lµ: 6. TÝnh to¸n th«ng sè kh©u ®ång pha D1 D2 U ®f1 ®f2 U R1 A5 + - D3 R4 R3 Tr1 + - A2 C1 Urc C B VR1 U1 A Uv BA H×nh 3.18. S¬ ®å m¹ch ®ång pha §iÖn ¸p n¹p vµ x¶ tô C1 lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a vµ ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Thêi gian nap ®­îc Tr = R4. C1 = 0,01 (s) Chän tô C1 = 0,1 (mF) th× ®iÖn trë ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: §Ó tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p r¸p m¹ch R4 th­êng ®­îc chän lµ biÕn trë lín h¬n 100 (kW). Ta chän R4 lµ biÕn trë 200 (kW). V× ®iÖn ¸p ra cña kh©u ®ång pha Urc = 12 (V) nªn ta ph¶i chän Tr1 sao cho Uce > 12 (V) Dùa vµo “tµi liÖu tra cøu transistor NhËt b¶n” chän Tr1 cã c¸c th«ng sè nh­ sau: M· hiÖu: 2SC615, chÊt liÖu SIP Lµm viÖc ë chÕ ®é xung §iÖn ¸p: Ucb0max = 45 (V) §iÖn ¸p: Ueb0max = 4 (V) Dßng ®iÖn cùc ®¹i qua colector: Icmax = 300 (mA) C«ng suÊt tiªu t¸n ë colector: Pcmax = 600 (mW) HÖ sè khuÕch ®¹i: b1 = 60 §Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn vµo cùc baz¬ cña Tr1 ta dïng ®iÖn trë R3 vµ ®­îc tÝnh Chän ®iÖn ¸p chØnh l­u t¹i A lµ: UA = 9 (V) §iÖn trë R2 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo m¹ch ®iÒu kiÖn thuËt to¸n A1. Th­êng chän R1 sao cho dßng vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n Iv < 1 (mA). Do ®ã ta chän R2 nh­ sau: Ta chän R2 = R1= 10 (kW) Chän biÕn trë VR1 = 20 (kW). dïng ®Ó lÊy ra ®iÖn ¸p U1. * TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p ®ång pha 1. Ta chän thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho c¶ viÖc t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha vµ t¹o nguån nu«i. Chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô, trªn mçi trô cã 5 cuén d©y, 1 cuén s¬ cÊp vµ 4 cuén thø cÊp. 2. §iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµm ®iÖn ¸p ®Ó chØnh l­u hai nöa chu kú lµm ®iÖn ¸p ®ång pha vµ mét phÇn dïng lµm ®iÖn ¸p cÊp cho nguån nu«i. 3. Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha I2®ph = 1 (mA) 4. C«ng suÊt nguån nu«i cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung P®ph = 3.U2®ph. I2®p = 3. 10. 1. 10-3 = 0,03 (W) 5. C«ng suÊt tiªu thô ë 3 cæng AND cña IC 4081 lµ: P4081 = 3. 2,5 = 7,5 (mW) = 7,5.10-3 (W) 6. C«ng suÊt tiªu thô cña 13 bé khuÕch ®¹i thuËt to¸ ta ®· chän 3 ICTL084. P084 = 3. 0,68 = 2,04 (W) 7. C«ng suÊt BAX cÊp cho 3 cùc ®iÒu khiÓn Triac. Px= 3. U®k. I®k = 3. 3. 0,4 = 3,6 (W) 8. C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i cña 3 kªnh. PN = 3 (P®ph + P4081 + P084) PN = 3.(0,03 + ,5.10-3 + 2,04) = 6,24 (W) 9. C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y S = 1,05. (Px + PN) = 1,05.(3,6 + 6,24) =10,332 (W) 10. Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p. 11. Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. 12. TiÕt diÖn trô cña m¸y biÕn ¸p ®­îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm Trong ®ã: KQ = 6: HÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t m = 3: Sè trô cña biÕn ¸p f = 50: TÇn sè ®iÖn ¸p l­íi ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô theo b¶ng 7 “tµi liÖu h­íng dÉn thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt”. QT = 1,63 (cm2) KÝch th­íc m¹ch tõ l¸ thÐp dµy d = 0,2 (mm) Sè l­îg l¸ thÐp lµ; a = 12 (mm) b = 16 (mm) h = 30 (mm) c = 12 (mm) H×nh 3.19. KÝch th­íc m¹ch tõ biÕn ¸p 13. Chän mËt ®é tõ c¶m B = 1 (T) ë trong trô ta cã sè vßng d©y s¬ cÊp lµ: (vßng) 14. Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp. Chän d1 = 0,1 (mm) ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. §­êng kÝnh cã kÓ c¶ c¸ch ®iÖn lµ: d’1 = 0,12 (mm). 15. Sè vßng d©y quÊn thø cÊp. (vßng) 16. TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp 17. §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp. ChuÈn ho¸ ®­êng kÝnh: d2 = 0,06 (mm) §­êng kÝnh d©y cã c¸ch ®iÖn: d2’ = 0,08 (mm) 18. Chän hÖ sè lÊp ®Çy Víi Kl® = 19. ChiÒu dµi m¹ch tõ. L = 2.C + 3. A = 2.12 + 3. 12 = 60 (mm) 20. ChiÒu cao m¹ch tõ H = h + 2.a = 30 + 2. 12 = 54 (mm) * TÝnh chän 12 diode cña m¹ch chØnh l­u nguån nu«i - Dßng ®iÖn hiÖu dông qua diode - §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ diode ph¶i chÞu. UNmax = 2. - Chän diode cã dßng ®Þnh møc I®m ³ Ki. I§mD = 10. 0,06 = 0,6 (A) - Chän diode cã ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt UN = Ku. UNmax = 2. 25,45 = 50,9 (V) Chän diode lo¹i KP208A cã c¸c th«ng sè sau: +Dßng ®iÖn ®Þnh møc: I®m = 1,5 (A) + §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña diode: UN = 100 (V) 7. T¹o nguån nu«i Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 12 (V) ®Ó cÊp cho biÕn ¸p xung, nu«i IC, cÇu c©n b»ng H×nh 3.20. S¬ ®å nguyªn lý t¹o nguån nu«i ± 12 (V) Ta dïng chØnh l­u cÇu 3 pha dïng diode, ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i lµ U2 = 10 (V). §iÖn¸p sau khi chØnh l­u cÇu 3 pha lµ; U2’ = Ku. U2 = 2,34. 10 = 23,4 (V) §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912 cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p ®Çu vµo: Uv = 7 ¸ 35 (V) §iÖn ¸p ®Çu ra: Ura = 12 (V) víi IC 7812 Ura = -12 (V) víi IC 7912 Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ia = 0 ¸ 1 (A) Tô C4, C5 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. Chän C4 = C5 = C6 = C7 = 470 (mF); Uc = 35 (V) Ch­¬ng IV: æn ®Þnh nhiÖt ®é. §4.1: Môc ®Ých æn ®Þnh nhiÖt ®é: §Ó ®¶m b¶o ®­îc tÝnh æn ®Þnh trong thêi gian lµm viÖc cña lß sÊy ®iÖn trë (tñ sÊy) vÒ nhiÖt ®é, ta cÇn thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn ®Ó æn ®Þnh nhiÖt ®é theo ®óng yªu cÇu cña ng­êi sö dông. M¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ®¶m b¶o ®­îc kho¶ng dao ®éng nhiÖt ®é mµ ng­êi thiÕt kÕ, sö dông cho phÐp. §4. 2: Mét sè c¶m biÕn th­êng dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é. 1. NhiÖt ®iÖn trë: §Æc tÝnh quan träng cña lo¹i ®iÖn trë nµy lµ cã ®é nh¹y nhiÖt rÊt cao gÊp hµng chôc lÇn ®é nh¹y cña ®iÖn trë kim lo¹i. NhiÖt ®iÖn trë nµy cã thÓ ®­îc chia lµm hai lo¹i. NhiÖt ®iÖn trë cã hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë d­¬ng. NhiÖt ®iÖn trë cã hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ©m. VÒ cÊu t¹o nhiÖt ®iÖn trë ®­îc lµm tõ hçn hîp oxit b¸n dÉn ®a tinh thÓ nh­: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, CO2O3, MiO, ZnTiO4. NhiÖt ®iÖn trë ®­îc chÕ t¹o d­íi d¹ng bét oxit, trén víi nhau theo tØ lÖ nhÊt ®Þnh sau ®ã ®­îc nÐn ®Þnh d¹ng vµ thiªu kÕt ë nhiÖt ®é 10000C. C¸c d©y nèi kim lo¹i ®­îc hµn t¹i hai ®iÓm trªn bÒ mÆt vµ ®­îc phñ b»ng mét líp kim lo¹i. C¸c nhiÖt ®iÖn trë ®­îc chÕ t¹o víi c¸c h×nh d¸ng kh¸c nhau. C¶m biÕn cã kÝch th­íc nhá, cho phÐp ®o nhiÖt ®é t¹i tõng ®iÓm, ®ång thêi ®o nhiÖt dung nhá nªn thêi gian håi ®¸p nhá. Phô thuéc vµo lo¹i nhiÖt ®iÖn trë, d¶i nhiÖt ®é lµm viÖc cã thÓ thay ®æi tõ vµi ®é tuyÖt ®èi ®Õn kho¶ng 3000C. H×nh 4.1 tr×nh bµy cÊu t¹o cña c¸c nhiÖt ®iÖn trë cã vá bäc thuû ng©n. H×nh 4.1: §iÖn trë nhiÖt vµ bäc thuû tinh. Quan hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é ®­îc chän theo biÓu thøc. R(T) = R0 ( Trong ®ã R0 lµ ®iÖn trë ë nhiÖt ®é tuyÖt ®èi T0. §é nh¹y víi nhiÖt ®­îc cho tr­íc d¹ng. V× ¶nh h­ëng cña hµm mò ®Õn ®iÖn trë chiÕm ­u thÕ h¬n, nªn ta cã thÓ viÕt l¹i biÓu thøc nh­ sau: Bá qua ¶nh h­ëng cña B theo nhiÖt ®é, ta cã ®é nh¹y nhiÖt cã d¹ng αR = -B/T2 gi¸ trÞ cña B n»m trong kho¶ng 3000÷5000K. V× ®é nh¹y nhiÖt rÊt cao nªn nhiÖt ®iÖn trë nµy ®­îc øng dông ®Ó ph¸t hiÖn nh÷ng biÕn thiªn rÊt nhá cña nhiÖt ®é (10-4÷10-3K). §Ó nhiÖt ®é thÊp ng­êi ta sö dông c¸c nhiÖt ®iÖn trë cã gi¸ trÞ nhá ë 250C (vÝ dô 50 hoÆc 100Ω), trong khi ®ã ®Ó ®o nhiÖt cao cÇn sö dông c¸c nhiÖt ®iÖn trë lín (100Ω÷500Ω). 2. C¶m biÕn cÆp nhiÖt ngÉu: Nguyªn lý lµm viÖc. Bé c¶m biÕn cÆp nhiÖt ngÉu lµ mét m¹ch cã tõ hai hay nhiÒu thanh dÉn ®iÖn gåm hai d©y dÉn A vµ B. Chç nèi gi÷a hai thanh kim lo¹i 1 vµ 2 ®­îc hµn víi nhau. Seebek ®· chøng minh r»ng, nÕu nhiÖt ®é c¸c mèi hµn t vµ t0 kh¸c nhau th× trong m¹ch khÐp kÝn cã mét dßng ®iÖn ch¹y qua. ChiÒu cña dßng nhiÖt ®iÖn nµy phô thuéc vµo nhiÖt ®é t­¬ng øng cña mèi hµn, nghÜa lµ nÕu t>t0 th× dßng ®iÖn ch¹y theo h­íng ng­îc l¹i. NÕu ®Ó mét ®Çu th× gi÷a hai cùc xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng (s®®) nhiÖt. Khi hai mèi hµn cã cïng nhiÖt ®é, vÝ dô b»ng t0 th× s®® tæng: EAB = eAB (t0) +eBA (t0) = 0. Tõ ®ã rót ra ®­îc: eAB (t0) = eBA(t0). Khi t0 vµ t kh¸c nhau th× s®® tæng: EAB = eAB (t) + eBA(t0). Hay: EAB = eAB (t) – eAB(t0). Ph­¬ng tr×nh trªn lµ ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña cÆp nhiÖt ngÉu, nghÜa lµ s®® phô thuéc vµo hiÖu sè nhiÖt ®é cña m¹ch vßng t vµ t0. NÕu t0 =const th×: EAB = eAB (t) – C = f(t). Víi C = eAB (t0) = const. Nh­ vËy b»ng c¸ch ®o s®® ta cã thÓ t×m ®­îc nhiÖt ®é t cña ®èi t­îng ®o víi t0 = const. *C¸ch ®Êu dông cô ®o vµo m¹ch bé biÕn nhiÖt ®é, cã hai c¸ch sau: Mèi nèi cã nhiÖt ®é cÇn ®o. Mèi nèi cã nhiÖt ®é cÇn ®o t vµ nhiÖt ®é chuÈn t0. Tuy hai s¬ ®å m¾c cã kh¸c nhau, nh­ng s®® nhiÖt sÏ nh­ nhau nÕu nhiÖt ®é ë ®Çu hµn víi d©y dÉn (b»ng nhau). H×nh 4.3: S¬ ®å nèi cÆp nhiÖt ngÉu. Tõ s¬ ®å h×nh 4.3 ta cã: EABC (t, t0, t0) = eAB (t) + eBC (t0) + eCA (t0). NÕu nhiÖt ®é ë tÊt c¶ c¸c mèi hµn lµ nh­ nhau th×: EABC ( t0) = eAB (t0) + eBC (t0) + eCA (t0) = 0. Khi ®ã: eBA (t0) = eBC (t0) + eCA (t0). EABC (t, t0, t0) = eAB (t) + eBA (t0) = eAB (t) – eAB(t0) = E (t,t0). §èi víi m¹ch trªn h×nh 4.3b th×: EABC (t, t1, t0) = eAB (t) + eBC (t1) + eBA (t0). NÕu tÝnh: eBC (t1) = eAB (t1) vµ eAB (t0) = - eAB (t0). Th×: EABC (t, t1, t0) = eAB(t) - eAB(t0) = E(t,t0) Nh­ vËy suÊt ®iÖn ®éng nhiÖt kh«ng thay ®æi khi ®­a thªm vµo d©y dÉn thø ba, víi ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é ë c¸c ®Çu nót lµ nh­ nhau : Khi nhiÖt ®é ë chç nçi 2,3 (h×nh 4.3a) hay 3,4 (h×nh 4.3b) kh¸c nhau th× t¹o ra s®® nhiÖt ký sinh ë c¸c mèi nèi d©y. 3. NhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i NhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i th­êng cã d¹ng d©y kim lo¹i hoÆc mµng máng kim lo¹i cã ®iÖn trë suÊt thay ®æi nhiÒu theo nhiÖt ®é. Dùa vµo d¶i nhiÖt ®é cÇn ®o vµ c¸c tÝnh chÊt m«i tr­êng ng­êi ta th­êng lµm ®iÖn trë b»ng platin, niken. §«i khi còng sö dông ®ång vµ vonfram. Platin ®­îc chÕ t¹o víi ®é tinh khiÕt cao, cho phÐp t¨ng ®é chÝnh x¸c cña c¸c ®Æc tÝnh ®iÖn cña nã, ngoµi ra platin cßn tr¬ vÒ ho¸ häc vµ æn ®Þnh tinh thÓ, cho phÐp ho¹t ®éng tèt trong d¶i nhiÖt ®é réng tõ -200 ¸ +10000C. Niken cã ®é nh¹y nhhiÖt cao h¬n so víi platin. §iÖn trë cña niken ë 1000C lín gÊp 1,617 lÇn so víi gi¸ trÞ ë 00C, trong khi ®ã ®èi víi platin ®é chªnh nµy chØ b»ng 1,385. Tuy vËy niken cã ho¹t tÝnh ho¸ häc cao, dÔ bÞ oxy ho¸ khi nhiÖt ®é t¨ng do vËy d¶i nhiÖt ®é lµm viÖc cña nã h¹n chÕ d­íi 2500C. §ång còng ®­îc sö dông trong mét sè tr­êng hîp v× sù thay ®æi nhiÖt ®é cña ®ång cã ®é tuyÕn tÝnh cao. Do ho¹t tÝnh ho¸ häc cña ®ång lín nªn dµi lµm viÖc cña ®ång bÞ h¹n chÕ d­íi 1800C. Vonfram cã ®é nh¹y nhiÖt ®é cao h¬n platin khi nhiÖt ®é d­íi 1000C vµ cã ®é tuyÕn tÝnh tèt h¬n. Tõ vonfram cã thÓ chÕ t¹o c¸c sîi m¶nh, tuy nhiªn ¸p suÊt t¹o ra khi kÐo sîi vonfram rÊt khã bÞ triÖt tiªu. §Ó ®¹t ®­îc ®é nh¹y cao, ®iÖn trë ph¶i lín, muèn vËy cÇn gi¶m tiÕt diÖn vµ t¨ng chiÒu dµi d©y. Tuy nhiªn ®Ó cã ®é bÒn c¬ häc tèt c¸c nhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i cã trÞ sè ®iÖn trë R vµo kho¶ng 100W ë 00C. §Ó sö dông cho môc ®Ých c«ng nghiÖp c¸c nhiÖt ®iÖn trë cã vá bäc tèt, chèng ®­îc va ch¹m vµ rung m¹nh. ¦u ®iÓm c¬ b¶n cña nhiÖt ®iÖn trë lµ ®¬n gi¶n, ®é nh¹y cao, æn ®Þnh dµi h¹n. C¸c nhiÖt ®iÖn trë ®­îc chia thµnh ba lo¹i c¬ b¶n : ®iÖn trë kim lo¹i, ®iÖn trë b¸n dÉn vµ nhiÖt ®iÖn trë. 10 8 7 6 5 3 2 9 1 H×nh 4.4. S¬ ®å cÊu t¹o can nhiÖt ®iÖn trë c«ng nghiÖp 4. Can nhiÖt ®iÖn trë §Ó thuËn tiÖn cho viÖc sö dông c¸c can nhiÖt ®iÖn trë ®· ®­îc chÕ t¹o. S¬ ®å cÊu t¹o cña nã ®­îc m« t¶ trong h×nh 4.4. D©y ®iÖn trë ®­îc quÊn thµnh hai ®­êng song song trªn tÊm mica 1 cã khøa r¨ng c­a. Hai ®Çu cña d©y ®iÖn trë ®­îc hµn lªn hai d©y nèi 4 b»ng b¹c (nÕu nhiÖt ®é ®o nhá h¬n 1000C th× cã thÓ dïng d©y ®ång). Hai l¸ mica 2 ®­îc Ðp hai phÝa l¸ 1 ®Ó c¸ch ®iÖn d©y ®iÖn trë víi vá. èng nh«m 3 b¶o vÖ d©y ®iÖn trë vµ c¸c tÊm mica khái sù t¸c ®éng c¬ häc. Hai d©y dÉn ®­îc c¸ch ®iÖn b»ng c¸c èng 5, cßn ®Çu cuèi cña chóng ®­îc nèi víi 2 cèt ®Çu 8 ®Ó nèi m¹ch víi bªn ngoµi. Vá b¶o vÖ b»ng kim lo¹i 6 ®­îc g¾n chÆt lªn ®Çu nèi 9 cña can nhiÖt ®iÖn trë. HÖ thèng d©y ®iÖn trë, d©y dÉn vµ cèt ®Êu ®­îc g¾n chÆt lªn ®Çu nèi qua tÊm lãt c¸ch ®iÖn 7. TÊm lãt nµy cßn ®ãng vai trß ng¨n kh«ng cho n­íc x©m nhËp vµo trong lßng can nhiÖt ®iÖn trë. 10 lµ n¾p ®Ëy cña can nhiÖt ®iÖn trë. Trong mét sè can nhiÖt ®iÖn trë ®Ó gi¶m qu¸n tÝnh nhiÖt ng­êi ta ghÐp thªm c¸c l¸ ®ua máng ®µn håi vµo gi÷a c¸c l¸ mica ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng truyÒn nhiÖt tõ vá b¶o vÖ vµo d©y ®iÖn trë. C¸c can nhiÖt ®iÖn trë ®­îc chÕ t¹o ph¶i cã kh¶ n¨ng thay thÕ v× vËy th­êng gÆp c¸c can nhiÖt ®iÖn trë ®­îc chÕ t¹o tõ ®ång vµ b¹ch kim. Cã rÊt nhiÒu lo¹i can nhiÖt ®iÖn trë nh­ng th­êng gÆp nhÊt lµ c¸c can nhiÖt ®iÖn trë b¹ch kim cã ký hiÖu : TCP-50 (dtr R0 = 50W) vµ TCP - 1000 9hoÆc PT - 100) cã R0 = 100W, vµ c¸c can nhiÖt ®iÖn trë ®ång cã ký hiÖu TCM-50, TCM-100 (R0 = 50W ; R0 = 100W) VÒ ®é chÝnh x¸c nhiÖt kÕ ®iÖn trë b¹ch kim ®­îc chÕ t¹o theo hai lo¹i : lo¹i 1vµ lo¹i II. Lo¹i I cã sai sè R0 = ± 0,05% cßn lo¹i II lµ ± 0,1%. Yªu cÇu vÒ sai sè cña hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë lµ ±7.10-6/0C ®èi víi lo¹i I vµ ±1.10-5/0C ®èi víi läai II. Can nhiÖt ®iÖn trë ®ång ®­îc chÕ t¹o theo lo¹i II vµ lo¹i III cã sai sè R0 lµ ±0,1%, nh­ng sai sè cña hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë a lµ 1.10-61/0C ®èi víi lo¹i II vµ a2.10-6.1/0C ®Ó cho lo¹i III. 5. Bï nhiÖt ®é ®Çu tù do. §iÒu kiÖn chuÈn khi x¸c ®Þnh ®Æc tuyÕn cña cÆp nhiÖt ®iÖn lµ nhiÖt ®é ®Çu tù do cña nã b»ng 00C. Nh­ng trong c«ng nghiÖp nhiÖt ®é ®Çu tù do lu«n lu«n kh¸c 00C. NghÜa lµ kÕt qu¶ søc ®iÖn ®éng ®o ®­îc lu«n lu«n nhá h¬n søc ®iÖn ®éng chuÈn. V× vËy, ph¶i bï ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ®Çu tù do t0. Theo ®iÒu kiÖn chuÈn søc ®iÖn ®éng sinh ra cña cÆp nhiÖt ®é ®Çu nãng b»ng t lµ: E(t,0) = e(t) - e(0) Cßn khi nhiÖt ®é ®Çu nãng lµ t0 th×: E(t0, 0) = e(t0) - e(0). NÕu nhiÖt ®é ®Çu nãng lµ t vµ ®Çu l¹nh lµ t0 th× søc ®iÖn ®éng ®o ®­îc: E(t,t0) = e(t) - e(t0) Nh­ vËy E(t,0) - E(t,t0) = e(t0) - e(0) =E(t0,0) Suy ra: E(t,0) = E(t,t0) + E(t0, 0) §Ó bï nhiÖt ®é ®Çu tù do, ph¶i biÕt ®­îc gi¸ trÞ cña nã vµ dïng b¶ng chuÈn x¸c ®Þnh gi¸ trÞ E(t0,0). Gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng chuÈn E(t,0) sÏ ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc trªn, nghÜa lµ b»ng søc ®iÖn ®éng ®o ®­îc E(t,t0) céng víi søc ®iÖn ®éng bï E(t0,0) Trong c«ng nghiÖp cã thÓ sö dông c¸c thiÕt bÞ bï tù ®éng. Vai trß cña c¸c thiÕt bÞ bï nµy lµ tù ®éng t¹o ra mét ®iÖn ¸p b»ng gi¸ trÞ E(t0,0) ®Ó m¾c nèi tiÕp víi cÆp nhiÖt ®iÖn. Mét trong nh÷ng thiÕt bÞ bï ®ã lµ m¹ch cÇu. Trong ®ã R1, R2, R3 lµ c¸c ®iÖn trë b»ng manganin lµ ®iÖn trë cã hÖ sè nhuÖt ®iÖn trë v« cïng bÐ. Nh­ vËy cã thÓ xem R1, R2, R3 kh«ng thay ®æi khi nhiÖt ®é m«i tr­êng xung quanh thay ®æi. Rb lµ ®iÖn trë bï ®­îc chÕ t¹o b»ng d©y ®ång. Rb = R0(1 + at), víi a lµ hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë Chän C1 = R2, R3 = R0 vµ R1R2 >> R0R3 ®Ó cã thÓ xem dßng ®iÖn ®i qua Rb kh«ng ®æi khi ®iÖn trë cña nã thay ®æi. Ta cã: Uab = R. Rb - I. R3 = I. R0. a.t0 Khi thiÕt kÕ chÕ t¹o ®¶m b¶o: T.R0.a.t0 = E(t0,0) H×nh 4.5. HÖ thèng ®o cã cÇu bï M¹ch ®o cã cÇu bï ®­îc m« t¶ trong h×nh 4.7. §iÖn trë bï Rbvµ ®Çu tù do cña cÆp nhiÖt ®iÖn (cña d©y bï) ®­îc ®Æt trong buång kÝn ®Ó b¶o ®¶m ®é æn ®Þnh b»ng nhiÖt ®é m«i tr­êng. E = E(t1) - E(t0,0) + Uab = E(t,0) B»ng gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cña cÆp nhiÖt trong ®iÒu kiÖn chuÈn t0 = 00C. 6. CÇu c©n b»ng M¹ch cÇu ®iÖn trë cã bèn nh¸nh m¾c theo s¬ ®å sau. Trong ®ã En lµ nguån cung cÊp cho cÇu, cßn §K lµ ®iÖn kÕ ®Ó kiÓm tra tr¹ng th¸i cña cÇu. Tr¹ng th¸i cña cÇu ®­îc gäi lµ c©n b»ng nÕu kim cña ®iÖn kÕ §K chØ kh«ng nghÜa lµ Ubd = 0. Lóc ®ã I1 = I2; I3 = I4 Ta cã I1R1 = I4R4; I2R2 = I3R3 Nh­ vËy: hay R1 R3 = R2 R4 H×nh 4.6 M¹ch cÇu ®iÖn trë ®­îc gäi lµ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng cña cÇu. Nh­ vËy nÕu R1 lµ ®iÖn trë cÇn ®o R3 vµ R4 lµ hai ®iÖn trë cè ®Þnh cßn R2 lµ biÕn trë mÉu th× khi cÇu c©n b»ng, gi¸ trÞ ®iÖn trë R1 sÏ ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: §é chÝnh x¸c cña phÐp ®o ë ®©y phô thuéc vµo ®é nh¹y cña ®iÖn kÕ §K vµ ®é chÝnh x¸c cña c¸c ®iÖn trë R2, R3, R4. Nh×n chung sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p nguån En kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. Tuy nhiªn, nÕu ®iÖn ¸p nguån qu¸ thÊp th× sÏ ¶nh h­ëng trùc tiÕp ®Õn ®é nh¹y cña ®iÖn kÕ qua ®ã ¶nh h­ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. §iÖn ¸p nguån còng kh«ng ®­îc sö dông qu¸ cao nÕu ®iÖn trë cÇn ®o lµ nhiÖt kÕ ®iÖn trë ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng nhiÖt kÕ ®iÖn trë bÞ dßng ®iÖn ®èt nãng. 7. HiÓn thÞ sè. §Ó hiÓn thÞ nhiÖt ®é lµm viÖc ta ®­a ®iÖn ¸p ®Õn mét kh©u hiÓn thÞ sè vµ chuyÓn ®æi t­¬ng tù sang sè, kÕt hîp víi bé gi¶i m· ®Ó cho ra ë ®Çu ra lµ m· 7 thanh digital t­¬ng thÝch víi hiÓn thÞ LED. Cã thÓ sö dông trùc tiÕp vi m¹ch 7107 nh­ mét milivonmet víi gi¸ trÞ tèi ®a ®o ®­îc lµ ±199,9 (mv). Nguån cÊp cho vi m¹ch lµ ±5 (V) a. CÊu t¹o cña IC 7107 H×nh 4.7. S¬ ®å ch©n vi m¹ch 7107 Ch©n 2 ®Õn 25 lµ c¸c ch©n ra ®iÒu khiÓn bé chØ thÞ sè 7 thanh digital. Trong ®ã ch©n 20 lµ ch©n Polarty (ph©n cùc tÝnh ©m, d­¬ng) cña bé chØ thÞ, ch©n 21 lµ ch©n nèi ®Êt, ch©n sè 1 nèi víi nguån +5(V) Ch©n 26: nèi víi nguån - 5(V) Ch©n 27: cã t¸c dông lµ m¹ch tÝch ph©n Ch©n 28: cã t¸c dông nh­ bé ®Öm Ch©n 29: tù ®éng ®iÒu chØnh vÒ o Ch©n 30, 31: ®iÖn ¸p so s¸nh (®iÖn ¸p ®o: ch©n 30 lµ cùc (-), chan 31 lµ cùc (+) Ch©n 32: lµ ch©n chung (comon) cña nguån ®iÖn vµ xung. Ch©n 33: bé tÝch luü ®iÖn dung tô ®iÖn Ch©n 34: lÊy l¹i chuÈn (Ref: Reference) Ch©n 35: Ireflow: lÊy l¹i chuÈn møc thÊp Ch©n 36: Refhigh: lÊy l¹i chuÈn møc cao Ch©n 37: Test : kiÓm tra ®Ìn tÝn hiÖu hiÓn thÞ Ch©n 38: OSC3 Ch©n 39: OSC2 c¸c ch©n cña bé dao ®éng: Oscicator Ch©n 40: OSC1 * S¬ ®å ho¹t ®éng H×nh 4.8. S¬ ®å ho¹t ®éng cña ICL7107 §4.3. ThiÕt kÕ m¹ch ph¶n håi æn ®Þnh nhiÖt 1. T¹o ®iÖn ¸p ph¶n håi nhiÖt ®é. Lµ tñ sÊy cã yªu cÇu æn ®Þnh nhiÖt ®é thÊp (105 ±1)0C nªn ta chän kh©u ®o nhiÖt ®é lµ c¶m biÕn nhiÖt kÕ ®iÖn trë ®ång. a. Th«ng sè cña nhiÖt ®iÖn trë ®ång - Khi ë nhiÖt ®é 00C th× cã ®iÖn trë R0 -Khi ë nhiÖt ®é t0C th× cã ®iÖn trë Rt Rt = R0(1 + 4,25.10-3. T) (W) b. NhiÖt ®é cña can nhiÖt ë 200C Theo nhiÖt ®é ban ®Çu cña vËt tr­íc khi ®­a vµo buång sÊy lµ 200C nªn ë ®©y ta tÝnh theo nhiÖt ®é cña m«i tr­êng ban ®Çu lµ 200C. VËy ®iÖn trë cña ®ång ë 200C lµ: Rt20 = R0 (1 + 4,25.10-3.t) = 100 (1 + 4,25.10-3. 20) = 108,5 (W) c. §iÖn trë cña ®ång ë 1050C lµ: Rt105 = R0 (1 + 4,25.10-3.t) = 100 (1 + 4,25.10-3. 105) = 144,625 (W) ë ®©y ta lÊy ®iÖn trë cña ®ång ë 00C lµ 100 (W) §Ó gi¶m sai sè khi nhiÖt ®iÖn trë ®ång t¨ng lóc nhiÖt ®é t¨ng ta dïng cÇu c©n b»ng víi môc ®Ých lµ lµm cho dßng ®iÖn ch¹y qua cÇu gÇn nh­ kh«ng ®æi khi ®iÖn trë t¨ng so víi lóc ban ®Çu Rt ë nhiÖt ®é m«i tr­êng. §Ó cho cÇu c©n b»ng ë nhiÖt ®é 00C ta chän c¸c ®iÖn trë R1 = R2 = R3 = R0 = 100 (W). Trong ®ã R1, R2, R3 lµ c¸c ®iÖn trë kh«ng thay ®æi theo nhiÖt ®é. Chän R = 5 (kW) víi môc ®Ých lµm gi¶m sai sè dßng ®iÖn lóc ®iÖn trë t¨ng theo nhiÖt ®é. d. §iÖn ¸p cña nhiÖt ®iÖn trë. - Khi nhiÖt ®é lµ 00C. = R0 = 100W. §iÖn trë tæng ë 00C Rtg1 = Rt®1 + R = 5000 + 100 = 5100 (W) Dßng ®iÖn tæng ë 00C. Khi ë nhiÖt ®é m«i tr­êng 200C. Rt®2 = §iÖn trë tæng ë 200C. Rtg2 = Rt®2 + R = 5000 + 102,08 = 5102,08 (W). Dßng ®iÖn ë 200C lµ: Itg2 = §iÖn ¸p gi÷a hai ®iÓm a, c ë 200C lµ: Uac2 = . DR Uac2 = (Rt20 - R0) = 0,98 (108,5 - 100) = 4,165 (mV). Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn 1050C th× ta cã . §iÖn trë tæng ë 1050C. Rtg3 = Rt®2 + R = 110 + 5000 = 5110 (W) Dßng ®iÖn tæng ë 1050C. Sai sè gi÷a I1 vµ I3 lµ §iÖn ¸p gi÷a hai ®iÓm a vµ c ë 1050C lµ: = 0,979.(144,625 - 100) = 21,845 (mV) VËy lóc nhiÖt ®é ë 00C th× cÇu cã ®iÖn ¸p Uac = 0, khi nhiÖt ®é t¨ng lªn nhiÖt ®é m«i tr­êng 200C th× cÇu cã ®iÖn ¸p Uac2 = 4,165 (mV), khi nhiÖt ®é t¨ng lªn 1050C th× cÇn cã ®iÖn ¸p Uac3 = 21,845 (mV). C¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë ®ång cã ®é nh¹y lµ: D = = 0,2 (mV/10C). Vi m¹ch 7107 sö dông ë ®©y víi tÝn hiÖu vµo thay ®æi tõ 0 ®Õn 200 (mV). Mçi møc l­îng tö ë ®Çu ra lµ 1 sÏ t­¬ng øng víi mét møc l­îng tö ë ®µu vµo lµ 0,1 (mV). NhiÖt ®iÖn trë ®ång cã ®é nh¹y 0,2 (mV/10C) vµ ®o ®­îc nhiÖt ®é tèi ®a vÉn ®¶m b¶o ®­îc ®é chÝnh x¸c lµ 1800C. §Ó ®¶m b¶o sè chØ thÞ trªn b¶ng sè lµ nhiÖt ®é th× khuÕch ®¹i thuËt to¸n KT ph¶i cã hÖ sè K = 0,1/0,2 = 0,5. Khi nhiÖt ®é cña ®Çu nµy lµ 1800C th× ®Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n KT sÏ cã ®iÖn ¸p lµ: U = 180. 0,2. 0,5 = 18 (mV) Lóc nµy trªn b¶ng sè xuÊt hiÖn sè 180, t­¬ng øng víi 1800C. * Ho¹t ®éng cña s¬ ®å §iÖn ¸p ph¶n håi nhiÖt ®é Uac ®­îc biÕn ®æi qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n A7 ®Ó cã ®iÖn ¸p thÝch hîp US ®Ó ®­a vµo ch©n 31 cña ICL7107 ®Ó hiÓn thÞ nhiÖt ®é b»ng sè. T¹i thêi ®iÓm tñ sÊy cã nhiÖt ®é m«i tr­êng 200C th× cho ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (U®k) lµ lín nhÊt. U®k = K(Ud - Upht) = U®kmax = 12 (V) U®kmax nµy ®­îc so s¸nh víi Urc t¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau th× Triger A3 lËt tr¹ng th¸i cho xuÊt hiÖn ra xung ch÷ nhËt UD. UD nµy ®­îc ®­a vµo cæng AND cïng víi xung chïm UE. Khi UD ë møc d­¬ng th× cæng AND ph¸t ra mét xung d­¬ng më Tr2 vµ Tr2 ®­îc nèi tÇng víi Tr3 nªn Tr3 còng ®­îc më th«ng. BiÕn ¸p xung t¹o ra xung ®iÒu khiÓn (X®k) ®Ó më Triac. Lóc nµy gãc më nhá nhÊt (a = amin » 00). Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn, qua c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë cho ra Upht t¨ng lµm cho U®k = K (Ud - Upht) gi¶m, lóc nµy gãc më a t¨ng lµm cho ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ®Æt lªn t¶i gi¶m. Khi nhiÖt ®é t¨ng lín h¬n hoÆc b»ng 1050C th× gãc më a lµ lín nhÊt. Khi nhiÖt ®é gi¶m th× Upht còng gi¶m theo, lµm cho U®k t¨ng lªn, gãc a gi¶m xuèng. Nh­ vËy qua c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë t¹o nªn mét kho¶ng dao ®éng nhá. Khi a dao ®éng lµm cho nhiÖt ®é Ýt thay ®æi ë nhiÖt ®é æn ®Þnh lµ 1050C. + §Ó t¹o ra ®iÖn ¸p phï hîp cho ICL7107 hiÓn thÞ sè ®óng ta dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n A7 cã c¸c th«ng sè sau: HÖ sè khuÕch ®¹i: K = 0,1/0,2 = 0,5 Chän R16 = 20 (kW) Suy ra ®­îc R15 = 0,5. 20 = 10 (kW) * §iÖn ¸p ph¶n håi nhiÖt ®é. V× ®iÖn ¸p Uac bÐ nªn ta cÇn khuÕch ®¹i lªn mét ®¹i l­îng lµ: Chän R14 = 10 (kW), suy ra R13 = 20. R14 = 20. 10 = 200 (kW) VËy Upht = 4,165 . 0,5 . 20 = 41,65 (mV) Trong ®ã: Upht lµ ®iÖn ¸p ph¶n håi nhiÖt ®é ë 200C. * T¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k cã gi¸ trÞ ©m ®Ó so s¸nh víi Urc: U®k = (V). §Ó më ®­îc triac t¹i gãc më nhá nhÊt ta chän ®iÖn ¸p U®k = Urc. Ta cã: Urc = 12 (V) Ta lÊy: U®k = Urc = 12 (V) t¹i thêi ®iÓm Upht = 41,65 (mV). U®k Hay T¹i lóc Upht = 41,65 th× ta cã: Chän R12 = 10 (kW) Suy ra: R11 = k. R12 = 12,5. 10 = 125 (kW) Trong ®ã: Ud lµ ®iÖn ¸p ®Æt K lµ hÖ sè khuÕch ®¹i Ch­¬ng v: ThiÕt kÕ tñ ®iÖn Tñ ®iÖn ®­îc thiÕt kÕ dùa vµo mü thuËt vµ kü thuËt c«ng nghiÖp, ®­îc thÓ hiÖn bëi c¸c yªu cÇu sau: KÝch th­íc hîp lý so víi c¸c thiÕt bÞ cÇn l¾p Bè trÝ linh kiÖn hîp lý vÒ kh«ng gian. C¸c linh kiÖn ®­îc bè trÝ theo nguyªn t¾c träng l­îng. NghÜa lµ nh÷ng thiÕt bÞ nÆng ®­îc bè trÝ d­íi thÊp vµ nh÷ng thiÕt bÞ nhÑ ®­îc bè trÝ trªn cao. C¸c thiÕt bÞ ®­îc bè trÝ theo nguyªn t¾c to¶ nhiÖt. NghÜa lµ nh÷ng thiÕt bÞ to¶ nhiÖt Ýt ®­îc bè trÝ d­íi thÊp cßn nh÷ng thiÕt bÞ to¶ nhiÖt nhiÒu ®­îc bè trÝ trªn cao. Cã c¸c lç th«ng giã cÇn thiÕt, ®a sè c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt cÇn to¶ nhiÖt nhiÒu nªn th­êng bè trÝ qu¹t lµm m¸t thiÕt bÞ cÇn lµm m¸t nhÊt trong tr­êng hîp nµy lµ c¸c van b¸n dÉn, bëi v× c¸c van b¸n dÉn to¶ nhiÖt lín vµ rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é. M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc b¶o vÖ tèt, tr¸nh nhiÖt ®é cao , ng­êi ta th­êng bè trÝ c¸ch ly víi van b¸n dÉn vµ m¸y biÕn ¸p. Bè trÝ theo nguyªn t¾c chøc n¨ng, nghÜa lµ nh÷ng thiÕt bÞ cã chøc n¨ng gièng nhau th­êng ®­îc bè trÝ gÇn nhau. C¸c thiÕt bÞ thao t¸c, ®o l­êng, tÝn hiÖu cÇn ®­îc bè trÝ ë mÆt tr­íc hoÆc ë vÞ trÝ thuËn tiÖn. D©y nèi ph¶i ®Æt trong m¸ng d©y hoÆc bã l¹i thµnh bã gän gµng. ThiÕt bÞ bè trÝ ngay ng¾n cã hµng, cã cét. H×nh d¸ng ®Ñp, g¸ l¸p thuËn tiÖn Mµu s¾c hµi hoµ kh«ng qu¸ sÆc sì, kh«ng qóa tèi, th­êng gÆp mµu ghi s¸ng, mµu tr¾ng ngµ hoÆc mµu xanh nh¹t… Dùa vµo nh÷ng yªu cÇu nh­ ®· nªu ta cã thÓ bè trÝ thiÕt kÕ tñ ®iÖn nh­ h×nh vÏ 5-1 vµ 5-2. H×nh 5.1. S¬ ®å khèi bªn trong cña tñ ®iÖn V V A a A b A c Vd NX Ap §1 M §1 D §1 a c b a CM H×nh 5.2. S¬ ®å khèi mÆt tr­íc cña tñ ®iÖn C¸c kÝch th­íc cña tñ ®iÖn ®­îc chän dùa vµo kÝch th­íc l¾p ®Æt cña tõng thiÕt bÞ. Nh­ vËy tõ s¬ ®å khèi cña tñ ®iÖn ta cã thÓ chän c¸c kÝch th­íc nh­ sau: a = 40 (cm) c = 10 (cm) d = 40 (cm) e = 20 (cm) f = 20 (cm) g = 20 (cm) i = 60 (cm) Tõ ®ã ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c kÝch th­íc. b = i + 2. C = 60 + 2. 10 = 80 (cm) h = 4c + f + e + d = 4.10 + 20 + 20 + 40 = 120 (cm) TÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ®Òu g¸ l¾p trªn thanh s¾t (gi¸ ®ì) vµ cè ®Þnh bªn trong tñ. C¸c nót thao t¸c nh­: nót nhÊn, nót xo¸y, ®Ìn b¸o, ®ång thå ®o ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn ®­îc bè trÝ trªn n¾p (mÆt tr­íc) cña tñ ®iÖn. ë mÆt bªn cña tñ cßn bè trÝ mét qu¹t lµm m¸t triac vµ hai bªn h«ng tñ cã c¸c lç th«ng giã ®Ó t¨ng c­êng kh¶ n¨ng ®èi l­u cña kh«ng khÝ. C¸c ký hiÖu trªn tñ ®iÖn. A: Ampe kÕ ®o dßng ®iÖn c¸c pha t¶i V: V«n kÕ ®o ®iÖn ¸p c¸c pha t¶i vµ ®iÖn ¸p ®Æt. §1: §Ìn b¸o hiÖu ®iÖn nguån §2: §Ìn b¸o hiÖu ¸ptom¸t ®ãng §3: §Ìn b¸o hiÖu tr¹ng th¸i lµm viÖc NX: Nóm xoay ®iÒu chØnh gãc më a CM: Nót chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c pha. Ap: ¸p t«m¸t M: Nót Ên lµm viÖc D: Nót Ên dõng lµm viÖc VBD: Van b¸n dÉn M§K: M¹ch ®iÒu khiÓn Q: Qu¹t KÕt luËn: ë trªn lµ toµn bé c¸c phÇn thiÕt kÕ, tÝnh to¸n cho “M¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho tñ sÊy b»ng ®iÖn trë” víi kiÕn thøc cßn giíi h¹n vµ t×m hiÓu ch­a réng vÒ lÜnh vùc chuyªn ngµnh nªn ®å ¸n ch­a ®­îc tèi ­u vµ cßn cã nhiÒu sai lÇm, thiÕu sãt. KÝnh mong c¸c thÇy c« chØ b¶o vµ x©y dùng kiÕn thøc thªm ®Ó em hoµn thµnh kho¸ häc mét c¸ch tèt nhÊt. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c«. Tµi liÖu tham kh¶o 1. Tµi liÖu h­íng dÉn thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt. T¸c gi¶: TrÇn V¨n ThÞnh 2. §iÖn tö c«ng suÊt T¸c gi¶: NguyÔn BÝnh 3. Trang bÞ ®iÖn - ®iÖn tö c«ng nghiÖp T¸c gi¶: Vò Quang Håi 4. Trang bÞ ®iÖn - ®iÖn tö T¸c gi¶: Vò Quang Håi, NguyÔn V¨n ChÊt, NguyÔn ThÞ Liªn Anh 5. C¬ së tù ®éng ho¸ T¸c gi¶: NguyÔn V¨n Hoµ 6. C¸c bé c¶m biÕn T¸c gi¶: Lª V¨n Doanh (chñ biªn) 7. Kü thuËt ®iÖn tö T¸c gi¶: §ç Xu©n Thô 8. Tra cøu transistor NhËt B¶n T¸c gi¶: TrÇn Ngäc S¬n 9. S¬ ®å ch©n linh kiÖn b¸n dÉn T¸c gi¶: D­¬ng Minh TrÝ 10. Kü thuËt sÊy T¸c gi¶: Hoµng V¨n Ch­íc Ngoµi ra cßn nhiÒu tµi liÖu tham kh¶o kh¸c. Môc lôc Trang