Đồ án Trang Bị Điện
Lời nói đầu
Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một môn học đã
được đưa vào giảng dạy đối với sinh viên ngành điện tự động ở hầu khắp các
trường đại học trên cả nước. Với môn học này sinh viên sẽ được trang bị một cách
tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu được sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức cơ sở và chuyên ngành
cũng được hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu điều này là rất cần thiết
và hữu ích giúp cho sinh viên có thể có được những hình dung căn bản về các hệ
thống dây chuyền công nghệ trong công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho việc
học tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản xuất.
Trong thiết kế môn học “Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia nhiệt cho
sản xuất cáp điện” này cũng không nằm ngoài mục đích trên. Dưới sự hướng dẫn
của thầy giáo TS.Hoàng Xuân Bình là chủ nhiệm bộ môn Điện Tự Động Công
Nghiệp đồng thời cũng là giáo viên phụ trách giảng dạy môn học Trang Bị Điện –
Điện Tử cùng các thầy cô giáo trong bộ môn với sự giúp đỡ của bạn bè và tài liệu
tham khảo em đã hoàn thành các yêu cầu được giao trong đề tài. Không thể tránh
khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình và chu
đáo của thầy cô cùng các bạn. Em xin chân thành cảm ơn!
Trang | 1
Đồ án Trang Bị Điện
Môc lôc
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1: Tổng quan công nghệ gia nhiệt 3
1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất cáp điện 3
1.2 Công nghệ thực hiện quá trình gia nhiệt 5
1.3 Cấu trúc dây chuyền gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt 8
Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho bộ gia nhiệt 10
2.1 Yêu cầu trang bị điện cho công đoạn gia nhiệt 10
2.2 Phương án cấp nguồn cho bộ gia nhiệt 20

2.3 Xây dựng bộ điều chỉnh cho triac 21
2.4 Xây dựng mạch giám sát nhiệt độ 24
Chương 3: Xây dựng chương trình điều khiển cho bộ gia nhiệt 28
3.1. Viết chương trình điều khiển 28
3.2. Chương trình viết cho vi xử lý 44
3.3. Mô phỏng lò nhiệt trên matlab 48
KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA NHIỆT
1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất cáp điện
1.1.1 Vị trí và vai trò của dây chuyền kéo dây đồng
Trang | 2
Đồ án Trang Bị Điện
Công nghệ sản xuất cáp điện trong các nhà máy sản xuất dây và cáp điện có
quy trình như sau : đồng nguyên liệu được nung chảy và đúc thành sợi đồng có
đường kính 8mm, từ sợi đồng này qua dây chuyền chuốt dây tạo ra dây có kích
thước mong muốn. Các dây đồng sau đó được bện lại thành sợi cáp rồi chuyển qua
công đoạn bọc cáp và công đoạn cuối cùng là kiểm tra và đóng cuộn.
Sản xuất cáp điện có yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm. Cáp điện là một
mặt hàng quan trọng phục vụ cho các ngành công nghiệp, đặc biệt là truyền tải
điện năng và truyền thông. Cáp điện phải đảm bảo yêu cầu về độ bền cách điện, độ
bền cơ khí, hóa chất và các tác động của môi trường. Trong công nghiệp sản xuất
cáp điện chất lượng của lõi đồng được đặt lên hàng đầu, các yêu cầu về điện trở
dây, nồng độ tạp chất, nhiệt độ trung bình của dây khi làm việc. Quá trình sản xuất
ra các sợi dây đồng của công nghệ sản xuất cáp như sau: từ đồng nguyên liệu nung
chảy và đúc thành sợi đồng có đường kính nhất định ( thường là 8mm), không thể
đúc nhỏ hơn sẽ không đam bảo về độ dẻo và hàm lượng õi lẫn trong đồng cao. Các
dây đồng có kích thước nhỏ hơn được gia công trong các dây chuyền chuốt đồng.
Các dây đồng được kéo qua các khuôn có kích thước nhỏ dần cho đến khi đạt yêu

cầu về kích thước.
Dây chuyền chuốt dây đồng có vai trò đặc biệt quan trọng trong sản xuất cáp
điện, nó là dây chuyền để sản xuất ra các loại dây có kích thước yêu cầu. Từ sợi
đồng đúc qua máy kéo sẽ tạo ra các kích thước dây phù hợp với từng loại cáp như:
dây có kích thước 2,8mm để bện cáp 3 pha, dây có kích thước 2,67mm và 2,5mm
để bện cac loại cap trung áp, dây có kích thước 2,0mm có thể kéo thành các dây có
kích thước nhỏ hơn. Kéo các dây đồng trong sản xuất cáp là một quy trình liên tục,
dây đồng được đưa qua các khuôn có kích thước nhỏ dần với độ bóng và độ bến
theo một tiêu chuẩn nhất định. Sau khi dẫ kéo đến kích thước yêu cầu dây sẽ được
ủ nhiệt để làm mềm và sau đó được quấn lại thành cuộn.
1.1.2 Công nghệ sản xuất dây đồng trên dây chuyền
Công nghệ chuốt dây đồng được thực hiện rong một chu trình bắt đầu bằng
việc gia nhiệt cho dây đồng trước khi vào chuốt, dây đồng được đưa vào đầu chuốt
ở tốc độ thấp chế độ này để dây đi qua các khuôn kéo. Quá trình chỉnh máy kết
thúc khi dây quấn đủ trên các tang kéo của mỗi khuôn, qua bộ phận ủ nhiệt và ra
khỏi tang quấn.
Trong suốt quá trình kéo dây mỗi lần dây đi qua khuôn thì cả tiết diện dây
và đường kính dây đều giảm xuống, quả trình giảm tiết diện dây xảy ra đồng thời
với quả trình tăng chiều dài dây. Chiều dài dây được tăng lên sau các khuôn khác
Trang | 3
Đồ án Trang Bị Điện
nhau thì cũng khác nhau, đặc trưng bởi độ dãn dài của khuôn là tỉ số giữa chiều dài
tăng lên của dây với tổng chiều dài ban đầu của dây. Qua trình biến đổi kim loại
trong khuôn được mô tả như hình sau:
Hình 1.1 – Quá trình biến dạng kim loại khi qua khuôn
Độ giãn dài của khuôn được tính theo công thức :
l
lL
A
−

=
Với : l – chiều dài của dây trước khi qua khuôn
L – chiều dài dây sau khi qua khuôn
Từ nguyên lý biến dạng thể tích vật liệu không đổi ta có :
L
d
l
D
22
22






=






ππ
2
2
d
D
l
L

=⇒
Do đó :
11
2
2
−=−=
−
=
d
D
l
L
l
lL
A
Độ giảm tiết diện dây tính theo công thức:
2
2
1
D
d
R −=
Với : d – đường kính dây khi đã đi qua khuôn
D- đường kính dây trước khi qua khuôn
Trang | 4
Đồ án Trang Bị Điện
Ta có được quan hệ sau:
A
A
R

R
R
A
+
=⇒
−
=
11
Hệ số A còn gọi là hệ số giãn khuôn, là độ dài dây biến đổi qua mỗi khuôn,
hệ số giãn khuôn liên quan đến độ bền kéo nén và thành phần của kim loại. Nếu hệ
số giãn khuôn quá lớn tạo ra các rạn nứt bề mặt kim loại và tạo ra phoi kim loại,
ngoài ra còn có thể đứt dây do lực kéo lớn.
1.2 Công nghệ thực hiện quá trình gia nhiệt
Để thực hiện quá trình gia nhiệt cho phôi đồng trước khi vào đầu chuốt
người ta dùng lò điện. Lò điện là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng dùng
trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu các vật liệu, các kim
loại,
Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật:
+ Sản xuất thép chất lượng cao
+ Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện
+ Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi
+ Sản xuất đúc kim loại bột

1.2.1 Đặc điểm của lò điện
Có khả năng tạo ra nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể
tích nhỏ.
Do nhiệt năng tập trung, nhiệt tập trung nên lò có tốc độ nung nhanh và năng
suất cao.
Đảm bảo nung đều, dễ điều chỉnh, khống chế nhiệt và chế độ nhiệt.
Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc trong

môi trường có khí bảo vệ, vì vậy độ cháy tiêu hao kim loại không đáng kể.
Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa ở mức cao.
Đảm bảo điều kiện vệ sinh: không có bụi và không có khói.
1.2.2 Các phương pháp biến đổi điện năng
a) Phương pháp điện trở
Phương pháp này dựa trên định luật Joule- Lence: khi cho dòng điện
chạy qua dây dẫn thì trên dây dẫn tỏa ra một nhiệt lượng, nhiệt lượng này được
tính theo công thức:
Q = I
2
Rt
Trong đó : I- cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, A
R- điện trở dây dẫn, Ω
t- thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn
Nguyên lý làm việc của lò điện trở được biểu diễn như hình 1.1
Trang | 5
Đồ án Trang Bị Điện
b) Phương pháp cảm ứng
Phương pháp cảm ứng dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday: khi
cho dòng điện đi qua cuộn cảm thì điện năng được biến thành năng lượng của từ
trường biến thiên. Khi đặt khối kim loại vào trong từ trường biến thiên đó, trong
khối kim loại sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng- dòng điện xoáy( dòng Foucault ).
Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ nung nóng khối kim loại.
Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng được biểu diễn trên hình 1.2
Trang | 6
Đồ án Trang Bị Điện
c) Phương pháp hồ quang điện
Phương pháp hồ quang điện là phương pháp dựa vào ngọn lửa hồ quang
điện. Hồ quang điện là một trong những hiện tượng phóng điện qua chất khí.
Trong điều kiện bình thường thì chất khí không dẫn điện, nhưng nếu ion

hóa không khí và dưới tác dụng của điện trường thì khí sẽ dẫn điện. Khi hai điện
cực tiếp cận nhau thì giữa chúng sẽ xuất hiện ngọn lửa hồ quang. Người ta lợi dụng
ngọn lửa hồ quang này để gia công cho vật nung hoặc nấu chảy kim loại.
Nguyên lý làm việc của lò hồ quang được biễu diễn trên hình 1.3
Trang | 7
Đồ án Trang Bị Điện
1.3 Cấu trúc của dây chuyền gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt
Dây chuyền chuốt dây đồng là một trong những hệ thống hoạt đông liên tục
gồm các bộ gia nhiệt cho dây trước khi chuốt, khuôn kéo dây, một hệ thống ủ nhiệt
cho dây và một tang thu dây.
Ở đầu vào của dây chuyền, dây đồng được định hướng bởi 2 ròng rọc đi vào
cac khuôn sau khi qua các bộ gia nhiệt và quấn trên các tang kéo, đưa vào hệ thống
ủ nhiệt và cuối cùng quấn trên các tang chứa rồi đưa ra ngoài. Dây chuyền có cấu
trúc theo các Block, có 4 Block thực hiện kéo dây, 1 hệ thống ủ nhiệt và một bộ
phận thu dây.
Trong mỗi Block kéo dây gồm: 1 bộ gia nhiệt, 1 tang kéo được truyền động
từ động cơ thông qua bộ truyền cơ khí. Các khuôn được gá trên một phía và có bộ
phận bơm nước làm mát trực tiếp trên khuôn khi hệ thống làm việc. Trong Block ủ
dây thì dây đồng sau khi được kéo đến kích thước yêu cầu được chạy qua lò ủ
nhiệt có nhiệt độ thích hợp để tăng độ mềm dẻo của dây. Dây được lấy ra tại Block
thu dây, tại đây có các tang quấn làm giảm momen kéo của dây và dây được lấy ra
trên bộ phận tháo dây.
Trang | 8
Đồ án Trang Bị Điện
Lò ? dây
Ð?u chu?t
B? gia nhi?t
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO BỘ GIA NHIỆT
Trang | 9

Đồ án Trang Bị Điện
2.1 Yêu cầu trang bị điện cho công đoạn gia nhiệt
2.1.1 Yêu cầu chung
Qua phần tổng quan về dây chuyền công nghệ gia nhiệt trong sản xuất cáp
điện ta có thể rút ra một số đặc điểm về công nghệ như sau:
- Toàn bộ quá trình sản xuất là một chu trình liên tục, sản phẩm đầu ra của
công đoạn này là vật liệu của công đoạn gia công sau, do vậy tính liên
hoàn và đồng bộ hóa trong sản xuất phải cao.
- Tất cả các quả trình gia nhiệt trước khi cho dây đồng vào đầu chuốt phải
có chế độ dài hạn, độ ổn định nhiệt cao.
- Các thiết bị làm việc trong môi trường này phải có nhiệt độ cao hơn nhiệt
độ môi trường ngoài, trung bình là 40
0
và trong quả trình gia công hầu
hết các dây chuyền đều cần gia nhiệt hoặc tự phát nhiệt. Ngoài ra lượng
bụi bản, dầu mỡ, bụi kim loại dẫn đến thiết bị hoạt động phải có độ tin
cậy, có độ ổn định điện và ổn định nhiệt cao.
Yêu cầu về trang bị điện – điện tử trong công đoạn gia nhiệt cho dây đồng
trước khi vào đầu chuốt :
- Trong diều kiện tương đối khắc nghiệt, thời gian làm việc liên tục kéo dài
do đó các thiết bị phải hoạt động tin cậy, vì sự hoạt động ổn định của các
thiết bị liên quan trức tiếp đến chất lượng sản phẩm sản xuất ra.
- Hầu hết các thiết bị đều làm việc trong chế độ dài hạn nên cần phải trang
bị hệ thống quạt gió làm mát.
- Quá trình gia nhiệt đối với dây đồng phải được điều chỉnh phù hợp với
từng công đoạn, ngoài ra còn phải điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu
công nghệ của nhà máy.
- Việc điều khiển các thiết bị cho toàn dây chuyền hoạt động thông qua hệ
thống điều chỉnh tự động bằng PLC. PLC đóng cắt nguồn cho các bộ điều
khiển và kiểm soát quả trình gia nhiệt ở trước các đầu chuốt đảm bảo

nhiệt độ của phôi trước khi vào từng đầu chuốt.
- Ngoài các thiết bị tự động kiểm tra phải có các kĩ sư luôn kiểm tra các
thiết bị vận hành, thường xuyên lấy mẫu sản phẩm kiểm tra để đưa ra các
điều chỉnh phù hợp để chất lượng sản phẩm đầu ra được tốt nhất. Vì đay
là một dây chuyền hoạt động cần có sự chính xác và có các thông số thay
đổi ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Trang | 10
Đồ án Trang Bị Điện
2.1.2 Yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt
Lò điện trở dây đốt làm nhiệm vụ biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông
qua hiệu ứng Joule. Dây đốt cần phải làm từ các vật liệu thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Độ bền cơ khí cao,
- Chịu được nhiệt độ cao,
- Có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dài, khó bố
trí trong lò hoặc tiết diện dây phải nhỏ, không bền),
- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (tức là dây đốt ít biến đổi theo nhiệt độ,
đảm bảo công suất lò),
- Chậm già hoá theo thời gian.
* Vật liệu làm dây đốt có thể là:
+ Hợp kim: Cr-Ni, Cr-Al… với lò nhiệt độ làm việc dưới 1200
0
C;
+ Hợp chất: SiC, Mói
2
… với lò nhiệt độ làm việc 1200 1600
0
C;
+ Đơn chất: Mo, W, C (graphit)… với lò nhiệt độ làm việc cao hơn 1600
0
C;

Theo (Bảng 8.1 [1] trang 171) cho ta một vài thông số cơ bản của vật liệu
làm dây đốt lò điện trở:
Vật
liệu
Thành phần hoá học (%) (còn lại
là Fe và các chất khác)
Nhiệt độ
làm việc
max (
0
C)
Hệ số
nhiệt điện
trở ( .10
-
điện trở
suất
10
-6

Cr Ni Al SiC SiO
2
Trang | 11
÷
α
mΩ
Đồ án Trang Bị Điện
3
độ
-1

)
Cr-Ni
Cr-Ni
Cr-Al
Cr-Al
SiC
Graphit
Mo
Ti
W
20-23
15-18
12-15
23-27
75-78
55-61
3-5
4-6
94,4 3,6
1100
1000
850
1200
1500
2800
2000
2500
2800
0,035
0,1

5,1
4,0
4,3
1,15
1,10
1,26
1,25
1000-2000
8-13
0,052
0,15
0,05
Bảng 2.1: Thông số cơ bản của vật liệu làm dây đốt lò điện trở
2.1.3 Phương pháp tính toán dây đốt
Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới điện.
* Năng suất lò:
, [ ] (1-1)
trong đó: M – khối lượng vật gia nhiệt (kg);
t – thời gian gia nhiệt (s).
* Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:
Trang | 12
t
M
A =
s
kg
Đồ án Trang Bị Điện
Q
hi
= M. c. (t

2
o
– t
1
o
), [J] (1-2)
trong đó:
c - nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt trong khoảng nhiệt độ
, [J/kg.độ];
t
1
o
, t
2
o
- là nhiệt độ lúc đầu và lúc gia nhiệt của vật gia nhiệt [
o
C].
* Công suất hữu ích của lò:
P
hi
= [W] (1-3)
* Công suất lò:
P
lò
= , [W] (1-4)
trong đó: - hiệu suất của lò.Thường lò điện trở có hiệu suất = 0,6 0,8.
* Công suất đặt của thiết bị:
P = k.P
lò

, [W] (1-5)
trong đó: k – là hệ số dự trữ, tính đến tình trạng điện áp lưới bị tụt thấp,
do dây già hoá mà điện trở tăng lên.
k = 1,2 1,3 đối với lò làm việc liên tục,
Trang | 13
)(
21
oo
tt ÷
),.(.
12
oo
hi
ttcA
t
Q
−=
η
hi
P
η η
÷
÷
Đồ án Trang Bị Điện
k = 1,4 1,5 đối với lò làm việc theo chu kỳ.
* Từ công suất P, có thể tính gần đúng mật độ công suất dây đốt một pha.
Đó là khả năng cấp nhiệt của dây đốt trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị
diện tích bề mặt dây.
, (1-6)
trong đó: m – là số pha,

F
dd
– diện tích bề mặt của dây đốt một pha [m
2
]. Từ công suất lò
ta có thể tính được kích thước dây đốt cần trang bị cho lò. Vời lò có số pha đối
xứng, công xuất một pha sẽ là:
P
ph
= , [W] (1-7)
Ta có: P
ph
= W
dd
.F
dd
= W
dd
.LC
 L= (1-8)
trong đó: L – chiều dài dây đốt [m];
C – chu vi tiết diện dây đốt [m].
* Trên quan hệ giữa các thông số điện thì:
Trang | 14
÷
dd
dd
Fm
P
W

.
= ][
2
m
W
m
P
CW
P
dd
Đồ án Trang Bị Điện

 âafdasfsda (1-9)
trong đó: S – là diện tích tiết diện dây đốt [m
2
].
* Từ (18) và (19) có:
(1-10)
Vế trái (1-10) à các thông số về kích thước dây đốt. Thừa số đầu vế phải là
các thông số về điện. Thừa số sau của vế phải nói lên quan hệ nhiệt của dây.
Dây đốt dùng trong lò điện trở có tiết diện tròn hay chữ nhật và kích cỡ như
bảng sau. Theo bảng 8-2 tài liệu tham khảo [1].
Nhiệt độ làm việc
trong lò (C
o
)
Kích thước dây đốt (m.m)
Dây tròn
(đường kính d)
Dây chữ nhật

(kích thước a x b),
<300
300 – 600
1
2
8 x 1
10 x 1
Trang | 15
S
L
U
R
U
P
ph
ph
ph
ph
.
22
ρ
==
ρ
ph
ph
P
SU
L
2
=

dd
ph
ph
W
U
P
CS
1
.
2
2
ρ
=
)( m
b
a
=
Đồ án Trang Bị Điện
600 – 800
800 – 1000
1000 – 1100
1100 - 1200
3 – 4
4 – 5
6 – 7
7 – 8
15 x 15
20 x 2
25 x 2
25 x 3

Bảng 2.2: Kích thước dây đốt
Với dây tròn: C =
S =
Thay vào (1-10) có:
, [m] (1-11)
Với dây chữ nhật: C = 2(a+b) = 2a(m+1)
S = ab = ma
2
Thay vào (6-10) và rút ra ta được:
, [m] (1-12)
Với b = ma; thường m = 5 15
Trang | 16
d.
π
2
.
4
1
d
π
3
22
2
4
phdd
ph
UW
P
d
π

ρ
=
3
2
3
)1(2
phdd
ph
UWmm
P
a
+
=
ρ
÷
Đồ án Trang Bị Điện
Chiều dài dây dẫn sẽ tìm theo công thức (1-9)
Bố trí dây trong lò, dây có thể uốn xoắn tròn (hình 1-3a) đối với dây tròn
hoặc uốn dích dắc (hình 1-3b) đối với dây chữ nhật hay tròn.
Hình 2.1- Kích thước uốn dây tròn và chữ nhật.
Khi uốn xoắn tròn, đường kính uốn là tuỳ theo độ bền cơ của dây đốt.
Thường D = (4 10)d. Bước xoắn S 2d.
Khi uốn dích dắc, kích thước cũng tuỳ thuộc độ bền cơ của dây đốt. Thường
A 100a, S 2b. Đối với dây tròn S 5d.
Trong các lò có nhiệt độ làm việc dưới 700
o
C, việc truyền nhiệt từ dây đốt
đến vật gia nhiệt chủ yếu là do hiện tượng dẫn nhiệt và đối lưu. Trong các lò có
nhiệt độ cao hơn 700
o

C thì việc truyền nhiệt chủ yếu do bức xạ.
Để dễ dàng nghiên cứu phân tích ta giả thiết rằng tổn thất qua vỏ lò bằng 0
và dây đốt là một lá mỏng bao kín vật gia nhiệt, nghĩa là coi diện tích tỏa nhiệt của
Trang | 17
÷
≥
≥ ≥ ≥
Đồ án Trang Bị Điện
dây bằng diện tích xung quanh vật gia nhiệt. Trong điều kiện đó, phương trình trao
đổi nhiệt bức xạ giữa dây đốt (lý tưởng) và vật gia nhiệt sẽ là:
, [W] (1-13)
trong đó: P - là công suất lò, [W];
C
S
- là khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối;
C
S
= 5,7 W/m
2
, (K)
4
;
T
dd
– là nhiệt độ dây đốt, [K];
T
V
– là nhiệt độ vật gia nhiệt, [K];
- là hệ số bức xạ nhiệt quy đổi;


1
11
1
−+
=
Vdd
qd
εε
ε
trong đó: và là các hệ số bức xạ nhiệt (độ đen) của vật liệu làm dây
đốt và vật liệu làm vật gia nhiệt.
Từ (6-13) ta có thể xác định mật độ công suất dây đốt:
(1-14)
Trang | 18
dd
vdd
qdS
F
TT
CP ])
100
()
100
[(
44
−=
ε
qd
ε
dd

ε
V
ε
],)
100
()
100
[(
44
Vdd
qdS
dd
dd
TT
C
F
P
W −==
ε
][
2
m
W
Đồ án Trang Bị Điện
Hay: W
dd
=
với: (1-15)
W
S

gọi là mật độ công suất trao đổi nhiệt giữa 2 vật đen tuyệt đối. Giá trị W
S
phụ thuộc vào nhiệt độ của vật gia nhiệt.
• Tính toán dây đốt
Từ các công thức tính toán được trình bày ở trên ta sẽ đi tính toán các thông
số thực tế cho dây đốt như sau:
* Chọn vật liệu làm dây đốt là Cr-Ni có tiết diện tròn có thông số cho như ở
bảng 2.1: d = 4mm, điện trở suất = 1.15*10
-6
.
S =
23
)10.4.(.
4
1
−
π
=12,57.10
-6
(m
2
).
C =
d.
π
=3,14.4.10
-3
=12,56.10
-3
(m).

* Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới điện. Năng
suất lò:
, [ ]
trong đó: M = 100 (kg)
Trang | 19
Sqd
W
ε
],)
100
()
100
[(
44
Vdd
SS
TT
CW −=
][
2
m
W
ρ
mΩ
t
M
A =
s
kg
Đồ án Trang Bị Điện

t = 20 phút = 1200 (s)
)/(083,0
1200
100
skgA ==
* Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:
Q
hi
= M. c. (t
2
o
– t
1
o
), [J]
trong đó: c = 380 J/kg.độ
t
1
o
= 30
o
C; t
2
o
= 450
o
C.
Q
hi
= 100.380.(450 – 30 ) = 15960000 (J)

* Công suất hữu ích của lò:
P
hi
=
)(13300
1200
15960000
W
t
Q
hi
==

* Công suất lò:
P
lò
=
)(16625
8,0
13300
W
P
hi
==
η
trong đó: = 0,8.
* Công suất đặt của thiết bị:
P = k.P
lò
= 1,3.16625 = 21612,5 W

trong đó: k = 1,3.
* Với lò có 1 pha, công xuất một pha sẽ là:
Trang | 20
η
Đồ án Trang Bị Điện
P
ph
=
)(5,21612
1
5,21612
W
m
P
==
* Ta có thể tính được độ dài thanh dẫn là:
m
P
SU
L
ph
ph
48,24
10.15,1.5,21612
10.57,12.220
.
.
6
622
===

−
−
ρ
2.2 Phương án cấp nguồn cho bộ gia nhiệt
Trên trực tế lò điện để thực hiện quả trình gia nhiệt cho phôi đồng trước khi
chuốt có thể coi là hộ tiêu thụ loại một, tức là nguồn cung cấp cho lò điện phải liên
tục và ổn định. Tuy nhiên để đảm bảo hiệu quả cũng như sự an toàn trong hoạt
động của lò điện, ta sẽ chọn một lượng công suất dự trữ cho lò điện đề phòng
trường hợp điện áp nguồn vì một lí do nào đó mà sụt áp. Ngoài ra trong quá trình
hoạt động của mình lò còn chịu một số tổn thất khác như: tổn thất trên các van bán
dẫn, tổn thất trên đường dây, nhưng các tổn thất này không đáng kể so với tổn
thất vì nhiệt của lò nên ta có thể bổ qua.
Công suất ra tải của lò được tính theo công thức
t
f
R
U
P .3=

Do vậy để thay đổi công suất ra tải ta có thể thay đổi R
t
hoặc U
f
. Tuy nhiên
trong thực tế người ta thường thay đổi U
f
để có công suất ra tải.
Để làm được việc này khi có sẵn một nguồn xoay chiều ta sử dụng bộ điều
áp xoay chiều dùng các van bán dẫn. Việc điều chỉnh điện áp ra tải thực hiện bằng
cách thay đổi góc mở của các van bán dẫn.

Van bán dẫn được sử dụng trong mạch điều áp thường là triac hoặc 2
thyristor đấu song song ngược. Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều một pha dùng triac
như sau:
Trang | 21
Đồ án Trang Bị Điện
Hình 2.2 – Mạch điều áp một pha dùng triac
Đồ thị điện áp ra của mạch điều áp xoay chiều như hình sau:
Hình 2.3 – Đồ thị điện áp ra của mạch điều áp
Các mạch điều áp xoay chiều có nhược điểm cơ bản là trong quá trình điều
chỉnh , mạch luôn làm việc ở chế độ dòng gián đoạn, cả dòng điện và điện áp ra tải
đều không sin nên chỉ phù hợp với các tải điện trở như lò điện trở, bóng đèn sợi
đốt, Dòng điện sẽ liên tục và đồng thời trở thành hình sin hơn khi chỉnh điện áp
ra tải lấy bằng điện áp nguồn. Như vậy khi điều chỉnh trên tải nhận được một dải
sóng hình sin. Mặc dù vậy với một tải thuần trở của lò điện trở thì việc dạng điện
áp ra trên tải không sin cũng không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của lò. Như
vậy ta sẽ sử dụng bộ điều áp xoay chiều một pha cho lò nhiệt, do công suất lò sử
dụng cho bộ gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt là không quá lớn.
2.3 Xây dựng bộ điều chỉnh cho triac
Trang | 22
Đồ án Trang Bị Điện
Ta dùng TCA785 để điều khiển dòng qua triac, tương ứng với dòng qua điện
trở nhiệt của lò cũng thay đổi và nhiệt lượng sinh ra cũng thay đổi theo. Ta sẽ sử
dụng sơ đồ điều khiển triac của TCA785 để điều khiển hệ thống gia nhiệt, hình 2.4:
Hình 2.4 – Sơ đồ điều khiển triac dùng TCA785
Để điều khiển được quá trình gia nhiệt ta có thể sử dụng máy tính thông qua
bộ phận chuyển đổi để điều khiển triac. Sơ đồ khối của hệ thống như hình sau:
Trang | 23
Đồ án Trang Bị Điện
Đầu vào điều khiển của TCA785 được điều khiển bằng cổng COM qua bộ
phận ghép nối. Bằng việc thay đổi điện áp vào chân số 11 của TCA785 ta có thể

thay đổi được góc mở của triac.
GND
DTR
TxD
RxD
DCD
RI
CTS
RTS
DSR
COM
R1IN
T2OUT
Vcc
V+
R1OUT
T2IN
C2+
C2-
GND
V-
C1-
C1+
Max 232
Vcc Vcc
RST
GND
RxD
TxD
XTAL2

XTAL1
Vcc
P0
P1
P2
P3
1uF
10K
AT89S51
1uF
1uF
11.0592 MHz
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
Vdd
REF
RFB
OUT1
OUT2
/CS
GND
AD 7524
/WR
A (0-5V)

5V
Hình 2.6 – Sơ đồ mạch điều khiển TCA785 dùng vi xử lý
Nguồn 5V được tạo ra từ mạch sau:
7805
Vcc
1000uF
220V
Hình 2.7 – Mạch tạo nguồn Vcc
• Nguyên lý hoạt động:
Trang | 24
Đồ án Trang Bị Điện
Sơ đồ dùng vi xử lý 8051 để điều khiển thiết bị gia nhiệt bằng cách nhận tín
hiệu đặt từ máy tính xuất ra các cổng P0, P1, P2, P3 rồi qua 4 con DAC AD7524
xuất tín hiệu điều khiển vào 4 con TCA 785.
Đầu ra của khuếch đại thuật toán nối với chân số 11 của TCA 785.
Sử dụng hai chân điều khiển là DTR và RST để xuất tín hiệu chọn kênh điều
khiển. Ta có 4 kênh điều khiển tương ứng với 4 bộ gia nhiệt.
Chân TxD để điều khiển giá trị gia nhiệt cho các kênh. Dữ liệu từ chân TxD
qua IC chuyển đổi chuẩn MAX232 được đưa vào chân RxD của vi xử lý. Tín hiệu
ra của vi xử lý được truyền qua các chân dữ liệu của ADC7524. Đây là IC chuyển
đổi tín hiệu số sang tương tự. Tại đây khi có tín hiệu thấp ở chân /WR thì tín hiệu
sẽ được chuyển sang dạng tương tự ở chân đầu ra của khuếch đại thuật toán.
2.4 Xây dựng mạch giám sát nhiệt độ
2.4.1 Các loại cảm biến nhiệt
Hiện nay người ta thường sử dụng các loại cảm biến nhiệt sau:
a) Nhiệt kế thủy ngân: chiều cao của cột nước thủy ngân tỉ lệ thuận với nhiệt độ của
lò. Cấu tạo của nố gồm có : 1- điện cực tĩnh( có thể dịch chuyển được); 2- nước
thủy ngân đóng vai trò như một cực động; 3- vỏ thủy tinh.
Hình 2.8 – Cấu tạo của nhiệt kế thủy ngân
Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, cùng một lúc thực hiện ba chức năng: cảm biến,

khâu chấp hành và chỉ thị nhiệt độ.
Trang | 25