CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NHIỆT.
Lò nhiệt là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong
các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu,
các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v
 Ưu điểm của lò nhiệt so với các lò sử dụng nhiên liệu
Lò nhiệt so với các lò sử dụng nhiên liệu có những ưu điểm sau :
- Có khả năng tạo được nhiệt độ cao.
- Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao.
- Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ
- Kín.
- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu và
vận chuyển vật phẩm.
- Đảm bảo điều kiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị
gọn nhẹ.
 Nhược điểm của lò nhiệt.
- Năng lượng điện đắt.
- Yêu cầu có trình độ cao khi sử dụng.
1
1
1.1.1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LÒ NHIỆT.
Lò nhiệt làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một
dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-
Lenxơ :
Q=I
2
RT
Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J)
I - Dòng điện tính bằng Ampe (A)
R - Điện trở tính bằng Ôm
T - Thời gian tính bằng giây (s)

mm và 8- 12 mm khi đường kính vỏ lò là 2500- 4000 mm và 14- 20 mm
khi đường kính vỏ lò khoảng 4500- 6500 mm.
Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng
đệm tăng cường bằng các loại thép hình.
Vỏ lò chữ nhật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt
theo hình dáng thích hợp. Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tuỳ theo
yêu cầu kín của lò. Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và
tán.
1.2.2. LỚP LÓT.
Lớp lót lò nhiệt thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cách nhiệt.
Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và
gạch hình đặc biệt tuỳ theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò.
Cũng có khi người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính dết gọi
3
3
là các khối đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến
hành ở ngoài nhờ các khuôn.
Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau :
- Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò.
- Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc.
- Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong
điều kiện làm việc.
- Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn.
- Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển
lò và ảnh hưởng của vật nung.
- Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu. Điều này đặc biệt quan trọng
đối với lò làm việc chu kỳ.
Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa. Mục
đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy, phần
cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói

- Sản xuất đúc và kim loại bột.
Trong các lĩnh vực công nghiệp khác :
5
5
- Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò nhiệt được dùng để
sất, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm.
- Trong các lĩnh vực khác, lò nhiệt được dùng để sản xuất các vật
phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v
Lò nhiệt không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày
càng được dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người
một cách phong phú và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước
điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v
1.4. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ.
• Yêu cầu của vật liệu dùng làm dây nung.
Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong những điều kiện
khắc nghiệt do đó đòi hỏi phải đảm bảo các yều cầu sau :
- Chịu nóng tốt, ít bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao.
- Phải có độ bền cơ học cao, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao.
- Điện trở suất phải lớn.
- Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ.
- Các tính chất điện phải cố định hoặc ít thay đổi.
- Các kích thước phải không thay đổi khi sử dụng.
• Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện.
- Hợp lý về công nghệ.
Hợp lý về công nghệ có nghĩa là cấu tạo lò không những phù hợp với
quá trình công nghệ yêu cầu mà còn tính đến khả năng sử dụng nó đối với
quá trình công nghệ khác nếu như không làm phức tạp quá trình gia công và
làm tăng giá thành một cách rõ rệt. Cấu trúc lò đảm bảo được các điều kiện
như thế mới coi là hợp lý nhất. Điều này đặc biệt quan trọng trong khi nhu
cầu về lò nhiệt vượt xa khả năng sản xuất ra nó.

7
+ Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sức lực và sự
dẻo dai của nhân viên phục vụ.
+ Số lượng các thiết bị hiếm và qúy bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu.
+ Bảo quản dễ dàng, kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị
thuận lợi.
+ Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và
tuyệt đối an toàn.
- Rẻ và đơn giản khi chế tạo.
Về mặt này yêu cầu như sau :
+ Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu qúy và hiếm ( các kim
loại mầu, các hợp kim có hàm lượng niken cao, v.v ).
+ Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phải sao cho ngày
công ít nhất và tận dụng đưọc các thiết bị, dụng cụ thông thường có sẵn
trong các nhà máy chế tạo để gia công.
+ Các loại vật liệu và thiết bị yêu cầu để chế tạo phải ít nhất.
+ Sử dụng đến mức tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàng
đổi lẫn và thuận tiện khi lắp ráp.
+ Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo ( đúc,
hàn, dập ). Bỏ các chi tiết và các khâu gia công cơ khí không hợp lý.
- Hình dáng bề ngoài đẹp.
Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, các khâu và các chi tiết phải có hình
dáng và tỷ lệ các cạnh phù hợp, dễ coi. Tuy vậy cũng cần chú ý rằng, độ bền
của kết cấu khi trọng lượng nhỏ và hình dáng bề ngoài đẹp có quan hệ khăng
khít với nhau.
Việc gia công lần cuối như sơn có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hình
dáng bề ngoài của lò điện. Song cũng cần tránh sự trang trí không cần thiết.
8
8
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH

I
t
H
x
/
=
9
U
AK
: điện áp điều khiển ( điện áp một chiều ).
U
t
: điện áp tựa ( đồng bộ với điện áp A-K của tiristor ).
Hiệu điện áp | U
đk
– U
t
| đưa vào khâu so sánh.
(1) : làm việc như một trigơ. Đầu ra nhận được một chuỗi xung chữ nhật.
(2) : khâu tạo xung.
(3) : khâu khuếch đại xung.
(4) : khâu biến áp xung.
Thay đổi U
đk
có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển tức là điều
chỉnh được góc α.
2.3. NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN.
Có hai nguyên tắc :
a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.
U

=
10
Nguyên tắc này dùng hai điện áp :
Điện áp động bộ U
t
vượt trước điện áp A-K của tiristor một góc bằng π/2.
( Nếu U
AK
= Asinωt thì U
t
= Bcosωt ).
U
AK
có thể điều khiển được theo hai hướng dương và âm. U
t
+ U
đk
được
đưa đến đầu vào khâu so sánh . Khi U
t
+ U
đk
= 0 ta nhận được một xung ở
đầu ra của khâu so sánh.
U
đk
+ Bcosα = 0 (3.3)
⇒ α = arccos( -U
đk
/B ).

U
đặt
, R
15
, C
3
, R
17
, đầu ra là U
chuẩn
( U
1
, U
2
, U
3
, U
4
, U
5
, U
6
).
2.4. TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Trong mạch điều khiển ta chọn toàn bộ IC là TL084 có các thông số :
V
cc
= ± 15V
P
tiêu thụ

DZ
= 9 V
2.4.1. Khâu đồng pha.
U
21
= 10 sinωt (V) (3.4)
U
22
= -10 sinωt (V) (3.5)
12
2
2
12
Cho qua bộ so sánh so với điện áp 0V. Tín hiệu ra như hình vẽ ( bộ so sánh
đảo)
Chú ý :
I
lv
< 1 mA do đó : U
21
/R
1
< 1 mA
⇒ R1 > 10/1 = 10 KΩ
Ta chọn R
1
= R
2
= R
1’

U
C1
và U
D3
được đưa qua bộ trừ có điện áp ra là U
3
.
+ Trong nửa chu kỳ sau : U
1
> 0 , U
2
< 0.
U
1
> 0 nên T
1
dẫn. U
C1
phóng điện qua T
1
. Điện áp trên tụ C
1
nhanh
chóng trở về 0. U
2
< 0 nên U
D3
= 0 V. Do vậy U
3
= 0 V.

). (3.7)
* Khi t = T/2 thì U
C1
= 9 V do đó :
[(E – U
D2
– U
BE
).T/2] / (R
5
.C
1
) = 9 V
Với E = 15 V, U
D2
= 9 V, U
BE
= 0,6 V
⇒ R
5
.C
1
= 0,006
Ta chọn C
1
= 0,47µF ⇒ R
5
= 12,766 KΩ. Chọn R
5
= 13 KΩ

D3
/ (2.R
6
) = 9 / 6600 = 1,36 mA.
U
R7
= U
2
- ∆U
D1
– U
D3
= 4,3 V. ( ∆U
D1
= 0,7 V )
⇒ R
7
= U
R7
/ I
R7
= 3,16 KΩ. Vậy ta chọn R
7
= 3,3 KΩ
Chọn R
3
= 10 KΩ.
I
ET2
= I

đk
| = 0 thì trigơ lật trạng thái và có đầu ra U
4
là chuỗi xung
chữ nhật.
Chọn R
8
= R
9= 10 KΩ
Chọn R
10
= R
8
//R
9
= 5KΩ
16
16
Tín hiệu điện áp như hình vẽ :
2.4.4. Khâu phát xung chùm.
17
17
- Nguyên tắc hoạt động :
Khi U
C2
đạt ngưỡng lật, sơ đồ chuyển trạng thái. Áp có giá trị ngược lại
với giá trị cũ. Sau đó điện áp trên U

(t) = U
max
= (1 – (1 + βe
-t/R13C2
)) (3.13)
|U
N
(t)| = |U
đóng
| = |U
ngắt
|
Khi T = 2R
13
C
2
ln(1+2R
11
/R
12
). (3.14)
Chọn tần số khâu phát xung chùm : f = 10 KHz.
R
11
= R
12
⇒ T = 2,2R
13
C
2

−
±=
18
Chọn IC CMOS là IC4081 có 4 cổng AND có các thông số sau :
V
cc
= 3 - 15 V. Ta chọn V
cc
= E = 15 V.
Công suất tiêu thụ : 2,5 nW / 1 cổng.
I
lv
< 1mA
Điện áp ứng với mức lôgic 1 là 2 - 4,5 V.
Tín hiệu điện áp ra như hình vẽ :
19
19
2.4.5. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung.
U
tc
= U
gk
= 2,5 V
I
tc
= I
g
= 0,25 A
Thường thì tỉ số của máy biến áp xung là k = 2 ÷ 3. Chọn k = 2
Từ đó ta có I

Chọn U
BT4
= 0,7 V ⇒ R
16
= U
BT4
/ I
BT4
= 56 Ω
I
BT3
= I
CT4
/ β
3
. β
4
= 15,625 µA.
Ta có U
BT3
= U
BET3
+ U
BT4
= 0,6 + 0,7 = 1,3 (V).
Vì U
s
= 2 ÷ 4,5 V nên ta chọn điện áp sụt trên U
R15
= 1 V ⇒ R

17
là điện trở thay đổi theo nhiệt độ được làm bằng Cu hoặc Ni
Ở 0
0
C cầu được tính toán cân bằng, lúc này E
t
= 0. Khi nhiệt độ môi trường
thay đổi cầu mất cân bằng. Lúc này giá trị của R
17
cũng thay đổi làm xuất
hiện trên hai đầu A,B một điện áp ∆U.
Mặt khác nhiệt độ thay đổi nên hai đầu nhiệt kế xuất hiện một điện áp ∆E
t
sao cho ∆E
t
= ∆U. Vì vậy mV kế vẫn chỉ 0 V.
Ta dùng cặp nhiệt điện Platin – Platin Rôđi (90% là Pt, 10% là Rh) đo lâu
dài với nhiệt độ là 1000 – 1200
0
C.
Khoảng 100
0
C thì tăng 0,64 mV.
Ta có đồ thị quan hệ giữa E
t
= f(t
0
C)
Nhiệt độ nhỏ nhất là 800
0

= 1 KΩ
- Tạo điện áp điều khiển :
U
D9
= 9 V
Ta có ( E – U
D9
) / R
24
≥ 1mA. Ta chọn R24 = 3,3 KΩ ⇒ R
v
= 0 ÷ 1,5 KΩ
I
R27
+ I
R25
= - I
C3
- I
R26

Uph / R
27
+ Ud / R
25
= - C
3.
( dU
C3
/ dt ) – U

27
= 35 ⇒ R
27
= 1 KΩ
Chọn C
3
= 0,47 µF
R
26
.C
3
= τ
U
đk
= - (U
d
– k.| Uph |) - τ(dU
C3
/ dt) (3.16)
22
22
Tín hiệu điện áp ra như hình vẽ :
- Khối nguồn.
IC ổn áp loại UA7815 có các thông số là :
U
ngưỡng
= 35 V
I
ra
= 0 – 1,5 A

2
= U
21
= U
df
= 10 V
I
2
= I
df
= 1 mA
Công suất máy biến áp đồng pha P
đf
=6 U
df
.I
df
=0,06W
Có 21 khuếch đại thuật toán nên ta chọn 6 IC TL084, 6 con AND nên ta
chọn 2 IC 4081.
TL084 có P
tth
=680mW, AND 4081 cóP
tth
=2,5nW
24
24
Vậy công suất tiêu thụ ở 6 IC TL084 và AND 4081 là
P
8IC

= 8,28/(3.220) = 12,54 mA
Sơ đồ mạch điều khiển:
25
25