2 Các phương pháp điều khiển lò điện trở

Báo cáo thực tập tốt nghiệp



2. Tìm hiểu về lò điện trở



Vậy điều khiển Rơle chính là điều khiển công suất trung bình của dòng điện cấp

cho nguồn.

Một cách trực quan ta có đồ thị quan hệ giữa sông suất và nhiệt độ theo thời gian

sau:

Pc



0



T/2



T



t



2T



o o



∆to



t ( C)



t

Hình 2.2 - Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và công suất cấp

2.2.2 Điều khiển Thyristor



a, Sơ đồ nguyên lý

T1

.



T2

R

.



Hình 2.3 – Sơ đồ điều khiển bằng Thyristor



b, Nguyên lý điều khiển

Khác với điều khiển dùng Rơle, điều khiển dùng Thyristor là điều khiển công suất

cấp vào. Cũng từ công thức:

∆Q = Qc - Qt

Tương ứng với

Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44



22



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



2. Tìm hiểu về lò điện trở



∆P = Pc - Pt

Nếu như trong phương pháp điều khiển dùng Rơle, ∆P hoặc âm hoặc dương tuỳ

theo việc ta ngắt hay đóng Rơle, thì trong phương pháp này ta điều khiển công suất

cấp Pc sao cho ∆P = 0 khi hệ thống ổn định.

Để điều khiển Pc ta điều khiển điện áp cấp vào lò. Muốn vậy ta cần tính toán được

góc mở α của Thyristor.

Dựa theo công thức tính giá trị trung bình của điện áp cấp cho tải R khi ta điểu

chỉnh bằng Thyristor như sau:

U tb=



1

2π



2π



∫ u (t )



2



0



dt =



1

2π



2π

π



 ∫ (U 0 Sin(ωt )) 2 dt + ∫ (U 0 Sin(ωt )) 2 dt 





π +α

α





2π − 2α + Sinα

2



U tb= U 0



Với U 0 =



U2



π



Vậy có thể nói điều khiển dùng Thyristor chính là điều khiển góc mở α của nó.

Pc ∼ Utb ∼ α.

Từ đó ta xác định góc mở van thích hợp để đạt được giá trị điện áp trung bình cấp

cho tải. Đồ thị của phương pháp này như sau:

G



0

UT1



t



α



t



Hình 2.4 - Dạng điện áp ra điều khiển bằng Thyristor



2.3 Kết luận

Trong hai phương pháp trên, phương pháp nào cũng có những ưu nhược điểm của

nó. Tuỳ theo yêu cầu của bài toán mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.

Đầu tiên, ta xét phương pháp điều khiển dùng Rơle

•



Ưu điểm:

o



Cấu tạo phần cứng đơn giản.



Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44



23



Báo cáo thực tập tốt nghiệp

o

o

•



2. Tìm hiểu về lò điện trở



Phần mềm tính toán không có gì khó, có thể dùng các mạch điều

khiển analog mà không cần lập trình.

Giá cả phải chăng.

Nhược điểm:



o Độ trễ của Rơle ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển. Nếu ta đóng

ngắt quá nhanh sẽ dẫn đến tình trạng Rơle không hoạt động, nếu đóng

ngắt quá chậm thì sai lệch nhiệt độ sẽ lớn.

o Nhiệt độ luôn luôn không ổn định mà lúc nào cũng dao động trong một

giới hạn ∆t nhất định.

o Đường đặc tính điều khiển không trơn. Do vậy khó cho việc điều khiển

các đối tượng có nhiệt độ theo một qui luật nhất định.

o Chịu ảnh hưởng của nhiễu như: nhiệt độ buồng đốt, nhiệt độ vật nung,

nhiệt độ môi trường…sẽ ảnh hưởng đến nhiệt lượng toả Qt.

Phương pháp điều khiển dùng Thyristor

•



Ưu điểm: Chất lượng điều khiển tốt hơn phương pháp điều

khiển dùng Rơle rất nhiều:

o Nhiệt độ lò ổn định.

o Có thể điều khiển nhiệt độ của đối tượng theo một đường cong bất kì với

chất lượng tương đối tốt.

o Có sự cách li về điện.



•



Nhược điểm:

o Phần mềm tính toán phức tạp hơn phương pháp kia. Do vậy đòi hỏi cấu

hình phần cứng tương đối cao.

o Giá thành đắt hơn phương pháp điều khiển dùng Rơle.



Từ các ưu-nhược điểm trên của hai phương pháp ta thấy nếu công việc yêu cầu độ

chính xác cao, chất lượng tốt thì ta áp dung phương pháp hai. Còn nếu chất lượng vừa

phải thì có thể dùng phương pháp một để tiếc kiệm chi phí.

Thực tế trên thị trường hiện nay các mạch điều khiển dùng Rơle hiện rất phổ biến

bởi tính phổ dụng của nó. Song, trong khuôn khổ đề tài được giao, chúng em sử dụng

phương pháp điều khiển dùng Thyristor.



Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44



24



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



2. Tìm hiểu về lò điện trở



3 Cấu tạo mạch điều khiển

3.1 Cấu tạo mạch điều khiển lò điện trở

3.1.1 Đặc tính của Thyristor

Ta có đường đặc tính mở của Thyristor như sau:

A



Idt

In

0



V



Hình 3.1 - Đường đặc tính V – A của Thyristor

Từ đó ta thấy để mở Thyristor thì phải cung cấp cho nó một dòng lớn hơn ngưỡng

mở của nó trong khoảng thời gian nhỏ. Muốn vậy ta phải tạo ra các xung có độ dốc lớn

để mở van. Tín hiệu điều khiển sẽ được đưa qua bộ vi phân rồi vào biến áp xung trước

khi nối với đầu điều khiển của Thyristor.

3.1.2 Sơ đồ mạch

Để điều khiển việc đóng mở các Thyristor ta dùng các biến áp xung. Nguồn cung

cấp cho các máy biến áp xung này là xung điều khiển qua bộ vi phân tạo thành

các xung nhọn.

Trong đó:

• Mạch vi phân gồm có:

o 1 tụ C.

o 1 điện trở.

• Một máy biến áp xung.

• Các điot xung 1A loại RU1.

• C828: transistor loại NPN.

Mạch vi phân có tác dụng tạo xung nhọn từ xung chữ nhật đầu vào điều khiển.

Xung nhọn này được khuếch đại và tạo sự đồng pha điều khiển 2 Thyristor bời một

máy biến áp xung. Đầu ra thứ cáp của máy biến áp xung nối vào đầu vào điều khiển

Thyristor.



Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44



25



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



2. Tìm hiểu về lò điện trở

RU1



+12V



G1

RU1



K1

G2



RU1

RU1

RU1

C



K2



RU1

C828 V4

-220/220V

R

50 Hz



G 2 T2

K2 A2



R4



A1 K1

G1



T1



Hình 3.2 - Cấu tạo mạch mở Thyristor.



3.2 Cấu tạo Card điều khiển trên PC/104 sử dụng rãnh ISA

ISA là một chuẩn dùng để giao tiếp giữa máy tính và các thiết bị khác qua một

rãnh cắm 62 chân. Trong chuẩn ISA, đường dữ liệu là 8 bít, 20 bít địa chỉ. Chuẩn này

được dùng rất phổ biến trong công nghiệp. PC/104- 587VL chỉ có rãnh cắm ISA. Các

modul vào/ra đều được thiết kế theo một chuẩn nhất định. Kích thước của các modul

này vừa bằng modul PC/104. Các modul được cắm vào rãnh ISA trên Mainboard

PC/104 và có thể cắm chồng lên nhau.

Trên Phòng thí nghiệm hiện có một Card điều khiển dùng cho chuẩn này. Card do

Đài Loan sản xuất và điều khiển theo nguyên lý đóng/mở Rơle. Với yêu cầu điều

khiển Thyristor, chúng em có hai phương án thiết kế Card điều khiển: sử dụng bộ định

thời PIT-8254 hoặc dùng bộ biến đổi số/tương tự DAC0808 làm đầu ra điều khiển.

Đầu vào phản hồi của cả hai phương án đều dùng bộ biến đổi tương tự/số ADC0804.

Kích thước của card tương tự như card hiện có trên Phòng thí nghiệm.

Phần Card điều khiển



PC/104



Các mạch

giải mã

địa chỉ và

các đường

dữ liệu,

điều

khiển.



PIT

8254

(DAC

0808)



ADC

0804



Đầu ra

điều khiển

Đầu vào

phản hồi



Hình 3.3 – Sơ đồ khối Card điều khiển

Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44



26