1

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ LÒ ĐIỆN TRỞ

1. Các số liệu cho trước :
Nhiệt độ lò 400 - 600 (
0
C)
Công suất định mức 40 ( kW )
Tổn hao nhiệt 10 ( kW )
Điện áp nguồn lưới 3*380 ( V )

2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :
Chương 1 Giới thiệu chung về lò điện trở
Chương 2 Giới thiệu về mạch điều áp xoay chiều ba pha
Chương 3 Thiết kế và tính toán mạch lực
Chương 4 Thiết kế và tính toán mạch điều khiển
Kết luận

3. Các bản vẽ :

2-3. Khâu so sánh ............................................................................
2-4. Khâu phát xung chùm ..............................................................
2-5. Chọn cổng AND ......................................................................
2-6. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung ...................................
2-7. Khâu phản hồi ..........................................................................
2-8. Khối nguồn ..............................................................................
Kết luận ...................................................................................................
Tài liệu tham khảo ...................................................................................
3
LỜI NÓI ĐẦU

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 đặ
t 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 đồ án môn học điện tử công suất mà
em đã được giao.
Đồ án đã được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm
Quốc Hải. Đồ án được chia thành ba phần chính sau:
1. Giới thiệu sơ lược về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò điện
và lò điện trở.
2. Thiết kế và tính toán mạch lực.

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...
2 - Ưu điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu
Lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệ
u 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 chuyễn vật phẩm 5
- Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị
gọn nhẹ
3 - Nhược điểm của lò điện
- Năng lượng điện đắt
- Yều cầu có trình độ cao khi sử dụng
II-Giới thiệu chung về lò điện trở

1 - Nguyên lý làm việc của lò điện trở
Lò điện trở 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)

Để đảm bảo yêu cầu của dây nung, trong hầu hết các lò điện trở công
nghiệp, dây nung kim loại đều được chế tạo bằng các hợp kim Crôm-Nhôm
và Crôm-Niken là các hợp kim có điện trở lớn. Còn các kim loại nguyên chất
được dùng để chế tạo dây nung rất hiếm vì các kim loại nguyên chất thường
có những tính chất không có l
ợi cho việc chế tạo dây nung như :
+ Điện trở suất nhỏ
+ Hệ số nhiệt điện trở lớn
+ Bị ôxy hoá mạnh trong môi trường khí quyễn bình thường
Dây nung kim loại thường được chế tạo ở dạng tròn và dạng băng
c) - Dây nung phi kim loại
Dây nung phi kim loại dùng phổ biến là SiC, grafit và than.
III-Cấu tạo lò điện trở
I- Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện
1 - 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 cọn 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 cầy về
lò điện vượt xa khả năng sản xuất ra nó.
2 - Hiệu quả về kỹ thuật
Hiệu quả về kỹ thuật là khả năng biểu thị hiêu suất cực đại của kết cấu
khi các thông số của nó xác định ( kích thước ngoài, công suất, trọng lượng
giá thànhv.v... ).
Đối với m
ột thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một
đơn vị công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung v.v... là các chỉ tiêu cở
bản của hiệu quả kỹ thuật. Còn đối với từng phần riêng biệt của kết cấu hoặc

- Bảo quản dễ dàng. Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị
thuận lợi.
- Theo quan điể
m an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và
tuyệt đối an toàn.
5 - Rẻ và đơn giản khi chế tạo
Về mặt này yêu câu như sau :
- Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu quí 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 đưọ
c 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. 8
- 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.
6 - 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 nh
ỏ và hình dáng bề ngoài đẹp có quan hệ khăng
khít với nhau.
Việc gia công lần chót 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.

Vỏ lò chữ ngật 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.
2 - Lớp lót
Lớp lót lò điện trở 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
g
ạch 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
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 nhiệ
t 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
chung không yêu cầ
u.
Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là :

Như vậy, để thay đổi công suất đưa ra tải , ta có thể thay đổi
t
R
hoặc
f
U
. Tuy nhiên, trong thực tế, người ta thường chọn cách thay đổi
f
U
để có thể
thay đổi công suất ra tải.
Khi có sẵn một nguồn điện xoay chiều, để có thể thay đổi điện áp ra tải
ta có thể dùng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) dùng van bán dẫn.
Việc điều chỉnh điện áp ra tải dựa theo nguyên tắc tương tự như ở các bộ
chỉnh lưu tức là thay đổi điểm mở
của van so với điểm qua không của điện áp
nguồn, vì vậy còn gọi là phương pháp điều khiển pha (thay đổi góc mở van ).
Do diot chỉ có thể dẫn dòng theo một chiều mà ta lại yêu cầu điện áp ra
tải là xoay chiều nên trong mạch điều áp xoay chiều người ta không dùng diot
mà dùng triac vì đây là loại van bán dẫn duy nhất cho phép dòng điện xoay
chiều đi qua nó. Tuy nhiên, do triac không thông dụng bằng thyristor nên thực
tế người ta thường dùng sơ
đồ 2 thyristor đấu song song ngược nhau thay cho
triac như hình dưới :
Các van T1, T2 lần lượt dẫn dòng theo 1 chiều xác định nên dòng qua
cặp thyristor đấu song song ngược này là dòng xoay chiều. Các van thyristor
được phát xung điều khiển lệch nhau góc 180 độ điện để đảm bảo dòng qua
cặp van là hoàn toàn đối xứng.
thành ba cặp song song ngược.
II - Quan hệ giữa góc điều khiển và công suất ra tải
Khi phân tích hoạt động của sơ đồ ta cần xác định rõ xem trong các giai
đoạn sẽ có bao nhiêu van dẫn và nhờ các quy lu
ật dưới đây ta có thể có được
biểu thức điện áp của từng giai đoạn, từ đó mới tiến hành tính toán. Dưới đây
là các quy luật dẫn dòng của van trong mạch điều áp xoay chiều ba pha:
• Nếu mỗi pha có một van dẫn thì toàn bộ điện áp ba pha nguồn đều nối
ra tải.
• Nếu chỉ hai pha có van dẫn thì một pha nguồn bị ngắt ra khỏi tải, do
đó
điện áp đưa ra tải là điện áp dây nào có van đang dẫn.
• Không thể có trường hợp chỉ có một pha dẫn dòng.
Dựa vào quy luật dẫn dòng của van trong từng giai đoạn mà ta có thể
xây dựng được đồ thị điện áp ra của mạch điều áp xoay chiều ba pha. Tiếp
theo, từ những biểu thức điện áp của từng giai đoạn đó ta lại có thể
tính toán
được các đại lượng cần tính như điện áp, dòng điện, công suất...
Ta xét hoạt động của mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng sáu
thyristor đấu song song ngược, tải thuần trở đấu hình sao ở trên và dựng đồ
thị quan hệ giữa công suất tải và góc α :
Công suất tải là :
R.I.3P
2
=
trong đó I là trị số hiệu dụng của dòng
điện tải. Dòng điện này biến thiên theo hai trong ba quy luật dẫn dòng của van
như sau :
• Nếu mỗi pha có một van dẫn ( hay toàn mạch có ba van dẫn) :
)sin(


Dựa vào đồ thị ta có thể xác định được biểu thức liên quan giữa công
suất ra tải P và góc điều khiển α :
R.I.3P
2
=

=
)d
3
sin
d
4
sin
d
3
sin
d
4
sin
d
3
sin
(
R
U3
3
2
2
3

π
π
π
α+
π
π
α
α+
π
π

=
]
8
2sin
46
[
R
U3
2
dm
α
+
α
−
π
π
(1)
R
U3
36
5
32
36
5
32
22
2
dm
θ
θ
+θ
θ
π
∫∫
α+
π
−
π
α+
π
−
π
α+
π
−
π
α+


3) Khoảng van dẫn ứng với α = 90 ÷
o
150
:
Trong phạm vi này chỉ có các giai đoạn hai van dẫn hoặc không có van
nào dẫn xen kẽ nhau. Ta có đồ thị điện áp ra như ở dưới :

Dựa vào đồ thị ta có thể xác định được biểu thức liên quan giữa công
suất ra tải P và góc điều khiển α :
R.I.3P
2
=

=
∫∫
π
α+
π
−
π
π
α+
π
−
π
θ
θ
+θ
θ

α
−
π
π
(3)
Theo ba biểu thức (1), (2), (3) và cho các giá trị α khác nhau và lấy P ở
α = 0 là 100% ta có bảng các giá trị và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công
suất ra tải P và góc điều khiển α :

17
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

Nhận xét : công suất đưa ra tải là lớn nhất khi góc điều khiển α = 0

]
8
2sin
46
[
R
U3
2
dm
α
+
α
−
π
π

Với α = 60 ÷ 90
o
:
P =
]2cos
16
3
2sin
16
3
12
[
R
U3