Đề tài Thiết kế bộ nguồn điện áp một chiều gồm hai sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha mắc song song ngược cung cấp cho động cơ điện một chiều để truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang nấu thép

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 4

Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 4

1. Phân tích sơ đồ sử dụng trong mạch đảo chiều 4

2. Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc

song song ngược 17

Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23

1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 23

2. Mạch tạo nguồn nuôi 33

3. Sơ đồ hoàn chỉnh 1 kênh phát xung và bộ nguồn điện áp 1 chiều 34

Chương 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 36

1 . Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị 36

2 . Tính chọn thiết bị mạch động lực 36

3 .Tính chọn mạch điều khiển 45

PHẦN II: ỨNG DỤNG BỘ NGUỒN ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG 52

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG LÒ HỒ QUANG 52

1. Giới thiệu chung 52

2. Hệ thống mạch điện lò hồ quang 54

3. Yêu cầu truyền động nâng hạ điện cực 57

Chương 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN

CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC 60

1. Xây dựng sơ đồ khối hệ truyền động nâng hạ điện cực

dùng hệ T-Đ 60

2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và sơ đồ mạch lấy tín hiệu

hồ quang tạo tín hiệu điều khiển tự động 69

3. Nguyên lý làm việc 72

Chương 3: XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH 74

1. Đặt vấn đề 74

2. Xây dựng biểu thức đường đặc tính của hệ thống 74

3. Xây dựng hệ số khuếch đại của các khâu 76

4. Xây dựng đặc tính cơ của hệ thống 78

5. Kiểm tra chất lượng tĩnh của hệ thống 83

Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG

1. Đặt vấn đề 84

2. Xây dựng hàm truyền của từng khâu 84

3. Tổng hợp bộ điều chỉnh 86

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

 

doc92 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 13/03/2013 | Lượt xem: 2047 | Lượt tải: 28download
Tóm tắt tài liệu Đề tài Thiết kế bộ nguồn điện áp một chiều gồm hai sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha mắc song song ngược cung cấp cho động cơ điện một chiều để truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang nấu thép, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Trong đó : Ku là hệ số dự trữ về điện áp , ta chọn Ku = 1,5 Þ Ungmax ³ 1,5. . 320 = 678,823 (V) Dựa trên cơ sở tính toán về điều khiện dòng điện và điện áp ta chọn Thyristor có các thông số sau: Theo bảng p.2 sách Thiết kế Điện tử công suất –Trần Văn Thịnh Ký hiệu Ungmax ( V ) Iđm ( A ) U ( V ) Ug ( V ) Ig ( mA ) dU/dt ( V/s ) S8015L 800 15 1,7 2 30 100 Trong đó : Ungmax : Điện áp ngược cực đại Iđm : Dòng điện làm việc cực đại Ig: Dòng điện xung điều khiển Ug:Điện áp xung điều khiển U : Sụt áp cực đại trên Thyristor ở trạng thái dẫn dU/dt : Gia tốc điện áp Tmax = 1100C 2.4. Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực: Ta biết rằng các Thyristor là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của điện áp , đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc điện áp du/ dt . Các nguyên nhân gây ra những hiện tượng này bao gồm: + Quá gia tốc áp do quá trình chuyển mạch. + Quá gia tốc áp do đóng cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ. R C Ti Hình 31 R,C bảo vệ Thyristor - Để bảo vệ an toàn cho các van trước sự quá gia tốc do quá trình chuyển mạch nêu trên ta dùng các phần tử R-C mắc song song với các Thyristor như hình vẽ : Giá trị R và C của mạch bảo vệ được xác định theo các công thức kinh nghiệm sau đây: - Điện dung: Trong đó: là dòng qua van trước thời điểm chuyển đổi( chính là dòng điện trung bình qua van) = = 1,13 hệ số quá tải = 1,05 hệ số dự trữ về dòng = 1 hệ số phụ thuộc sơ đồ = 15 ( A ) Dòng định mức Thyristor Vậy =1,13.1.1,05.15 = 17,8 ( A ) UngT là dòng ngược cho phép qua Thyristor. UngmaxT = 800 (V) Thay số: - Điện trở: Trong đó: = 800 (V) IđmT = 15 (A) là dòng định mức qua Thyristor. Thay số ta có: - Để bảo vệ an toàn cho các van trước sự quá gia tốc do đóng cắt máy biến áp ta dùng các phần tử R-C mắc song song với cuộn dây thứ cấp máy biến áp theo tài liệu Thiết kế Điện tử công suất – của tác giả Trần Văn Thịnh chọn R,C theo kinh nghiệm như sau: R= 5(Ω) đối với máy biến áp công suất nhỏ và C= 4(μF) - Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn : Khi van làm việc dòng điện chạy qua , trên van có sụt áp U do đó có tổn hao công suất P , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn . Mặt khác van bán dẫn chỉ làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp . Nếu quá nhiệt độ cho phép van bán dẫn sẽ bị phá hủy . để đảm bảo an toàn , không bị chọc thủng vì nhiệt độ phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý : ● Tính toán cánh tản nhiệt : Tổn thất công suất trên một Thyristor: P = U . Ilv Với : Ilv =9,9 ( A ) Vậy P = 1,7. 9,9 = 16,83( W ) Diện tích bề mặt toả nhiệt : : Độ lệch nhiệt độ so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường TMT = 35 Chọn nhiệt độ cánh tỏa nhiệt Tlv = 80 = Tlv - TMT = 80 – 35 = 45 : Hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và khúc xạ : Chọn = 8 W/m Vậy : Chọn cánh tản nhiệt có 3 cánh , kích thước mỗi cánh: a.b = 10.10 (c) Tổng diện tích toả nhiệt của cánh là : = 3.2.10.10 = 600 (c) 2.5. Thiết kế cuộn kháng cân bằng : - Điện cảm cuộn kháng được chọn : LCK1 + LCK2+ LCK3 + LCK4 ≥ Trong đó : m = 2 được chọn ở trạng thái làm việc nặng nề nhất bằng 10%Iđm ≤ [ Icbmax ] = 10%. Iđm = 0,1.9 = 0,9( A ) Lấy LCK1 = LCK2= LCK3 = LCK4 4.LCK1 ≥ LCK1 ≥ 0,2 ( H ) Chọn LCK1 = LCK2= LCK3 = LCK4 =0,2 ( H ) - Điện trở cuộn kháng : Thiết kế cuộn kháng cân bằng : Theo kinh nghiệm chọn lõi thép hình chữ E có bề rộng lõi thép giữa a tính theo công thực nghiệm như sau : a = = Dựa theo phương pháp tính lõi thép không theo kích thước chuẩn nên ta đưa vào các hệ số phụ : , , h : Chiều cao của lõi thép c : Chiều rộng của lõi thép b : Chiều dày của lõi thép Theo kinh nghiệm với lõi thép chữ E ta chọn m = 2,5 ; n = 0,5 ; l = 1 là tốt nhất Vậy : b = l.a = 1.5,22 = 5,22 ( cm ) c = n.a = 0,5.5,22 = 2,61 cm ) h = m.a = 2,5.9,172 = 13,05 ( cm ) Tiết diện trụ giữa lõi thép : Q = 1,5.= 1,5.5,22 = 40,87() Chiều dài đường sức từ : L = 2( m + n + l ).a = 2( 2,5 + 0,5 + 1 ).5,22 = 41,76 ( cm ) Hệ số phụ thuộc để tính số vòng dây cuộn kháng : Với giá trị M như trên thì ta được ; Số vòng dây cuộn kháng : W = 104. =10.( vòng ) Lấy tròn : W = 57 ( vòng ) Chọn mật độ dòng điện : J = 3 ( A/) Đường kính dây quấn : d = 1,13. = 1,13. Chọn d =1,95(mm) , S = 2,987 (mm2) 2.6. Tính chọn cuộn kháng san bằng : Điện áp ra có biên độ tác động đầu vào nên động cơ nhận được một điện áp : ( Chỉ xét thành phần xoay chiều bậc 1 ) Với : = ( Chỉnh lưu cầu 1 pha ) = : Biên độ lớn nhất của xung áp sóng cơ bản đầu ra cuộn kháng Vậy L= Theo kinh nghiệm chọn lõi thép hình chữ E có bề rộng lõi thép giữa a tính theo công thức sau : a = = Dựa theo phương pháp tính lõi thép không theo kích thước chuẩn nên ta đưa vào các hệ số phụ : , , h : Chiều cao của lõi thép c : Chiều rộng của lõi thép b : Chiều dày của lõi thép Theo kinh nghiệm với lõi thép chữ E ta chọn m = 2,5 ; n = 0,5 ; l = 1 là tốt nhất Vậy : b = l.a = 1.5,5 = 5,5 ( cm ) c = n.a = 0,5. 5,5 = 2,75 ( cm ) h = m.a = 2,5. 5,5 = 13,75 ( cm ) Tương tự như thiết kế cuộn kháng cân bằng : Tiết diện trụ giữa lõi thép : Q = 1,5.= 1,5. 5,5 = 45,375 () Chiều dài đường sức từ : L = 2( m + n + l ).a = 2( 2,5 + 0,5 + 1 ). 5,5 = 44 ( cm ) Hệ số phụ thuộc để tính số vòng dây cuộn kháng : Với giá trị M như trên thì ta được ; Vậy : W = 10. ( vòng ) Lấy tròn : W = 63 (vòng ) Đường kính dây quấn : d = 1,13. = 1,13. Với mật độ dòng điện : J = 3 ( A/) Chọn d = 1,95 (mm) , S = 2,987 (mm2) 2.7. Chọn Aptomat : Aptomat (ATM) dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. Ngoài ra aptomat còn được sử dụng như một thiết bị đóng cắt nguồn cho hệ thống. Điều kiện chọn : = 14,36 (A) Tra bảng 3.9 trang 109 giáo trình Sử dụng và sữa chữa khí cụ điện hạ áp, ta chọn Aptomat có thông số sau : Kiểu ( A ) ( V ) Số cực Thời gian tác động khi quá tải Dòng cắt tức thời (A) A25-2MT 16 220 2 1,1Idm 1,35Idm 6Idm không tác động sau 1 giờ không lớn hơn 30 phút Từ 1 đến 10 giây 110 3 .Tính toán mạch điều khiển: 3.1 . TÝnh chän BAX: C¨n cø vµo xung ®iÒu khiÓn cña Thyristor lµ: U®k = 2 V, I®k = 30(m A) tx=600=6.10-4s : Độ rộng xung f=0,15 : Độ sụt biên độ xung Tỷ số biến áp xung thường là : Ta chọn n = Để đảm bảo Thyristor mở khi điện áp lưới dao động ta chọn cho 1 cuộn dây thứ cấp: = 3 V, = 45(m A)=0,045(A) Vì có hai cuộn dây thứ cấp nên công suất tăng gấp đôi nên: Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp BAX . U1 = = 3 × 3 = 9 V Dòng sơ cấp BAX : Hình 32 Lõi thép hình xuyến Chọn vật liệu sắt Ferit HM hình xuyến làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá DB = 0,3T , DH = 30(A/m) không có khe hở . Từ thẩm của lõi sắt từ : (H/m) Thể tích lõi sắt từ: Với Q là tiết diện cực giữa lõi thép . l : là chiều dài đường sức từ. Với V == 2,7 cm3 ta sẽ được các kích thước chuẩn của lõi thép ( theo bảng 1 .5 trang 120 sách Điện tử công suất - Trần văn Thịnh) : Q = 0,375cm2 , l =10,2cm ,d =2,5cm; a = 0.75 cm , b = 0,5 cm , D = 4 cm , p = 27,6(g) + Số vòng cuộn sơ cấp BAX: (vòng) + Số vòng cuộn thứ cấp BAX: W2 = W1/ 3 = 160 (vòng) Chọn J=3(A/mm2) là mật độ dòng điện của dây đồng Đường kính dây quấn sơ cấp : Đường kính dây quấn thứ cấp : Tra bảng P.5 sách Thiết kế Điện tử công suất – Nguyễn Văn Thịnh ta có : = 0,13 ( mm ) 3.2 . Tính chọn Transistor và Diode: - Chọn Diode : Tất cả các mạch điều khiển đều chọn Diode loại 1N4009 có thông số : Loại Iđm ( A) Uđm (V) Điện áp cho Diode mở thông Um (V ) 1N4009 10 25 1 - Chọn Transistor : Căn cứ vào dòng sơ cấp của biến áp xung I1 = 0,03 ( A ) . Ta chọn Transistor loại pnp A564 có thông số sau : UCB0 = 25 ( V ) , UBE0 = 7( V ) ICmax = 0,1 ( A ) , = 250 3.3. Chọn khuếch đại thuật toán : Căn cứ vào chức năng của mạch ta dùng các mạch khuếch đại thuật toán . Chọn KĐTT loại có thông số kỹ thuật sau : + Tổng trở cửa vào 250 K + Tổng trở cửa ra 150 K + Điện áp nguồn cửa tối đa 15 V + Điện áp ra tối đa 14 V + Tốc độ điện áp ra 2,5 V/s + Điện áp vào bão hoà 0,4 mA + Tần số cắt 1 MHz + Hệ số khuyếch đại IC KIC = Hình 33 Đặc tính truyền đạt của mA - 709 3.4. Tính chọn mạch tạo điện áp xung răng cưa : Ta nuôi KĐTT bằng nguồn nuôi 15 V để cho điện áp răng cưa được chính xác thì trong suốt thời gian tụ nạp ; điện áp đầu ra phải không đạt tới trị số bão hoà . = 15 ( V ) ta có : Chọn Với Ta tính toán sao cho 1WR , với thời gian: t = 1/50 ( s ) và = 12 ( V ) ; C = 0,22( ) Chọn = 100 ; 1WR = 14 ta chỉnh 1WR để đạt được : = 12 ( V ) Chọn : loại có = 14 ; = 100 3.5. Tính toán máy biến áp đồng bộ hoá : Chọn máy biến áp đồng bộ hóa cũng là máy biến áp tạo nguồn nuôi nên ta chọn máy biến áp 1 pha có 2 cuộn dây thứ cấp với điện áp đầu vào cuộn sơ cấp là 220V và điện áp ra cuộn thứ cấp là 25 V . Vì máy biến áp này cung cấp nguồn nuôi cho tất cả các IC và máy biến áp xung nên ta chọn sơ bộ công suất biến áp S = 20 ( VA ) Dòng điện sơ cấp máy biến áp : Điện áp thứ cấp máy biến áp : U2 = 25 ( V ) Dòng điện thứ cấp máy biến áp :(vì máy biến áp có 2 cuộn thứ cấp) Tỷ số máy biến áp : Tiết diện trụ giữa máy biến áp : Chọn cấu trúc mạch từ 3 trụ hình chữ E , làm bằng Tôn Silic, bề dày mỗi tấm là 0,35 ( mm ) . Dựa vào bảng II.2 - ĐTCS tác giả Nguyễn Bính ta chọn E 12x20 có : Q = 2,18 , a = 1,2 ( cm ) , h = 3 ( cm ) , c = 1,2 ( cm ) , C = 4,8 ( cm ) , H = 4,2 ( cm ) , B = 2 ( cm ) Chọn B = 1,1 T Số vòng dây cuộn sơ cấp : ( vòng ) Số vòng dây cuộn thứ cấp : ( vòng ) Chọn J = 3 ( A/) Đường kính dây sơ cấp : Chọn = 0,2 ( mm ) , = 0,03142 () Đường kính dây thứ cấp : Chọn = 0,44 ( mm ) , = 0,1521() Hệ số lấp đầy : Vậy máy biến áp thoả mãn yêu cầu. 3.6. Khâu tạo nguồn nuôi : Ta cần tạo ra nguồn điện áp 15 V để cấp nguồn nuôi cho IC ta dùng hai bộ chỉnh lưu ( CL1 và CL2 ) tạo điện áp đối xứng cung cấp cho IC ổn áp . Điện áp đầu ra IC ổn áp chọn 15 V Điện áp đầu vào IC ổn áp chọn 24 V Ta chọn IC ổn áp là 2 vi mạch 7815 và 7915 có các thông số sau : Điện áp IC 7815 có = ( 7 35 ) V IC 7915 có = (-7 - 35 ) V Điện áp ra : IC 7815 có = 15 (V ) IC 7915 có = -15 (V ) Dòng điện đầu ra : Các tụ C dùng để lọc các thành phần sóng hài bậc cao : Chọn ; U = 35 ( V ) ● Để đảm bảo chất lượng và sự làm việc ổn định của hệ thống ta phải lấy tín hiệu phản hồi và tín hiệu điều khiển để điều khiển hệ thống.Các mạch phản hồi ta dùng máy phát tốc để phản hồi tốc độ và biến dòng để phản hồi dòng điện.Khâu điện áp chủ đạo để tạo tín hiệu điều khiển khi điều khiển bằng tay. 3.7. Tính chọn khâu tạo điện áp chủ đạo: Chọn biến trở : Rcđ = 4,7 KW công suất tiêu tán trên biến trở là . 3.8. Tính chọn máy phát tốc : Máy phát tốc là một thiết bị nối đồng trục với động cơ. Dùng để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ động cơ với hệ số phản hồi g. Căn cứ vào tốc độ định mức của động ta chọn máy phát tốc : Chọn theo điều kiện : Máy phát tốc có thông số kỹ thuật sau : Mã hiệu Uđm (V) Iđm ( A) nđm (v/ph) Rư( W) 7 - 100 100 0,08 1500 200 Hệ số truyền máy phát tốc : Điện áp của máy phát tốc được đưa vào bộ khuyếch đại nên ta chỉ cần lấy một phần điện áp qua chiết áp lấy = 12,5 ( V ) Hệ số truyền thực tế là : 3.9. Chọn máy biến dòng : Máy biến dòng dùng để lấy tín hiệu dòng điện phần ứng động cơ . Điều kiện chọn BI : Căn cứ vào dòng phần ứng của động cơ ta chọn máy biến dòng như sau : (bảng 3.6 tr 150-CCĐ) Loại Uđm (V) Iđm ( A) Cấp chính xác lõi thép Công suất định mức ( VA ) và phụ tải thứ cấp () khi cấp chính xác 0,5 Số cuộn dây thứ cấp TK- 0,5 500 5 300 0,5 5(VA) 0,2(W) 1 PHẦN II: ỨNG DỤNG BỘ NGUỒN ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG LÒ HỒ QUANG 1. Giới thiệu chung: 1.1. Khái niệm: Lò hồ quang là lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa điện cực với kim loại để nấu chảy kim loại. - Có rất nhiều cách phân loại lò hồ quang. Trong khuôn khổ đồ án này ta nghiên cứu ứng dụng bộ nguồn nâng hạ điện cực lò hồ quang xoay chiều 3 pha. Hình 1 : Lò hồ quang xoay chiều 3 pha - Tuỳ theo kích thước lò mà có dung lượng định mức khác nhau 0,5; 1,5; 3; 5; 12;...(tấn) 1.2. Yêu cầu bộ phận cơ khí nâng hạ điện cực: Bình thường lò hồ quang xoay chiều có 1 hoặc 3 điện cực tuỳ theo công suất của lò. Lò hồ quang ở đây ta nghiên cứu là lò hồ quang xoay chiều 3 pha với 3 điện cực tương ứng với 3 cơ cấu nâng hạ với yêu cầu chính của cơ cấu là: - Thực hiện nâng hạ điện cực điều chỉnh dòng điện và điện áp thứ cấp theo yêu cầu. - Điều chỉnh cân đối dòng điện giữa 3 điện cực. Khi động cơ quay sẽ làm cho tang quay kéo dây cáp, dây cáp sẽ nâng hạ điện cực. Nhờ có đối trọng mà tốc độ lên luôn lớn hơn tốc độ xuống để nhanh chóng ổn định chế độ điện khi dòng tăng và hạn chế gãy điện cực khi vận hành. Có hai loại thiết bị cơ khí nâng hạ điện cực: - Loại bàn trượt: có thiết bị đơn giản, dễ chế tạo nhưng do trụ cố định cần có chiều cao đủ lớn, đảm bảo nâng hết chiều dài điện cực do đó ảnh hưởng đến sự làm việc chung của không gian lò. - Loại trụ xếp: Loại này có kết cấu chắc chắn, chiều cao thấp không ảnh hưởng đến không gian làm việc của lò. Nhưng có cấu tạo phức tạp thường được dùng cho các lò trung bình và lớn. Ở khuôn khổ đồ án này ta thiết kế cho lò nhỏ nên chọn thiết bị cơ khí nâng hạ kiểu bàn trượt. 1.3. Chế độ năng lượng điện làm việc của lò hồ quang: Hình 2 Biểu đồ chế độ năng lượng trong các thời kì của lò hồ quang 1.3.1. Thời kỳ nấu chảy: Trong thời kỳ này yêu cầu công suất điện đưa vào lò là cực đại Pmax = (1,25 ¸ 1,3)Ptb (Ptb là công suất trung bình Ptb = 70 ¸ 75%Pđm). Khi mới đóng điện vào lò liệu còn đầy, hồ quang cháy tự do lên mặt liệu rắn và nắp lò cho thời kỳ đầu nấu chảy (5 ¸ 10) phút không nên đưa công suất cực đại. Sau khi liệu chảy thành 3 hố sâu dưới điện cực mới cho phép tăng dần công suất đến giá trị cực đại. 1.3.2. Thời kỳ oxy hóa: Tuỳ theo công nghệ luyện kim mà công suất đưa điện vào lò nhiều hay ít. Lúc cần tạo xỉ và nung nóng xỉ thì cần công suất điện lớn và bằng công suất trung bình, khi xỉ đã chảy lỏng, giai đoạn oxy hóa và giai đoạn sôi đã xảy ra thì lúc này cần giảm công suất nhỏ hơn công suất trung bình. 1.3.3. Thời kỳ hoàn nguyên: Trong giai đoạn này kim loại tường và nắp lò có nhiệt độ cao và ổn định. Tuỳ theo công nghệ mà cho công suất điện và thời gian hoàn nguyên không đổi. Thường đưa công suất thấp hơn công suất trung bình. Thường chia 4 giai đoạn nhỏ. - Tạo xỉ hoàn nguyên - Nấu chảy và hòa tan fêrô hợp kim. - Nung lại kim loại - Giữ kim loại lỏng trong lò. 2. Hệ thống mạch điện lò hồ quang: 2.1. Mạch điện: Hình 3 Hình 3 Mạch điện chính của lò hồ quang 2.2. Các phần tử trong mạch điện: 2.2.1. Điện cực: Là phần trực tiếp phát ra hồ quang điện nung nóng kim loại trong quá trình nấu luyện, chi phí điện cực chiếm khoảng 10% giá thành thép. Gồm có 2 loại : điện cực than và điện cực graphit. Để tiết kiệm thì điện cực được nối từng đoạn bằng khớp nối. Kích thước điện cực tuỳ theo công suất lò. Yêu cầu điện cực phải có độ dẫn điện và độ bền cơ học cao để hạn chế tổn thất và qãy trong quá trình làm việc. Tạp chất trong điện cực nhỏ, dễ sản xuất giá thành thấp. 2.2.2. Nguồn cung cấp: Nguồn điện cung cấp cho lò luyện thép lấy từ lưới điện có điện áp 6, 10 hoặc 35KV tuỳ theo công suất của lò và được đưa vào máy biến áp lò. 2.2.3. Máy biến áp lò: Để chuyển năng lượng từ điện thế cao sang điện thế thấp phù hợp với sử dụng. Vì máy biến áp lò làm việc trong điều kiện nặng nề nên có những đặc điểm sau: - Khả năng quá tải lớn. - Chịu được sự thay đổi dòng trong phạm vi rộng, cường độ dòng thứ cấp thường từ vài ngàn đến vài chục ngàn ampe. - Phạm vi thay đổi điện thế lớn. Lò nhỏ thường có khoảng 2 ¸ 4 cấp điện áp. Lò lớn có khi tới 20 ¸ 30 cấp điện áp thứ cấp. Phạm vi thay đổi khoảng từ 130V đến 400 ¸ 500V. - Biến áp lò phải có khả năng làm việc lâu dài trong điều kiện nhiệt độ cao do quá tải và hiện tượng đập mạch hồ quang. Do đó phải có biện pháp làm nguội tốt. - Công suất biến áp lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn. - Nếu coi rằng trong giai đoạn nấu chảy tổn thất năng lượng nấu chảy trong lò hồ quang, trong biến thế lò và cuộn kháng L được bù bởi năng lượng của phản ứng tỏa nhiệt thì công suất biến áp có thể xác định theo công thức sau: SBAL = (KVA) Trong đó: Tnc là thời gian nấu chảy (giờ) Ksd là hệ số sử dụng công suất biến áp lò trong giai đoạn nấu chảy. cosj là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang W là năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời kỳ nấu chảy và dừng lò giữa 2 mẻ nấu (KWh). W = w.G Với: G là khối lượng kim loại nấu (KWh) w là suất chi phí điện năng để nấu chảy (KWh/T). Suất chi phí năng lượng giảm đối với lò lớn thường W = 400 ¸ 600 (KWh/T). - Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc đến kết thúc việc nấu chảy. Thường thì thời gian này 1 ¸ 3 giờ. - Hệ số sử dụng công suất thường 0,8 ¸ 0,9. Công suất danh nghĩa biến áp (KVA) 400, 100, 1800, 2800, 500, 9000, 1500. Cuộn thứ cấp biến thế lò thường được nối tam giác vì dòng ngắn mạch được phân 2 pha và như vậy điều kiện làm việc cuộn dây sẽ nhẹ nhàng hơn. Biến áp lò thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn các biến thế động lực cùng loại. 2.2.4. Thiết bị đóng cắt đo lường và bảo vệ: 2.2.4.1. Thiết bị đóng cắt: Dao cách li dùng để phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết. Máy cắt MC1 dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố. Máy cắt MC2 để đóng và cắt cuộn kháng. Máy cắt MC3 và MC4 dùng để thay đổi nối cuộn sơ cấp MBA để điều chỉnh điện áp. 2.2.4.2. Thiết bị đo lường bảo vệ: Để lấy tín hiệu từ lưới người dùng biến dòng BD1, biến điện áp BA1. Phía sơ cấp biến áp lò có đặt rơle dòng cực đại qua BD2 để tác động lên cuộn cắt MC1. Rơle này có duy trì thời gian, thời gian này giảm khi bội số quá tải dòng tăng. Nhờ vậy MC1 cắt mạch lực của lò hồ quang khi có ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài không xử lý được. Với ngắn mạch trong thời gian tương đối ngắn chỉ có đèn báo và chuông. Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường kiểm tra: vôn kế, ampe kế, công tơ điện, pha kế, v.v... Phía thứ cấp cũng có máy biến dòng BD3 và máy biến điện áp BA2 lấy tín hiệu hồ quang để điều khiển. 2.2.4.3. Cuộn kháng (K): Cuộn kháng điện được mắc phía cao thế trước biến áp lò, mục đích làm hồ quang cháy đều, hạn chế hiện tượng đập mạch hồ quang. Khi dòng hồ quang tương đối ổn định thì cắt cuộn kháng khỏi mạch điện để giảm tổn thất điện năng. Khi bắt đầu làm việc hay xảy ra ngắn mạch làm việc. Lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng tham gia vào mạch hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu chảy hết lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K. Ở thời kỳ hoàn nguyên công suất lò yêu cầu ít hơn thì MC lại mở ra để đưa cuộn K vào mạch, làm giảm công suất cấp cho lò. 2.2.5. Bộ phận chuyển đổi công suất cấp cho lò: Bộ phận chuyển đổi điện thế để điều chỉnh công suất biến áp lò cho phù hợp với từng thời kỳ nấu luyện. Xuất phát từ yêu cầu đó cần thay đổi lượng nhiệt bằng cách thay đổi công suất biến thế lò. Công suất mạch 3 pha được tính như sau: P = UIcosj Thực tế cho thấy để điều chỉnh công suất nên thay đổi điện áp U và có 2 phương pháp thay đổi U: - Thay đổi số vòng dây cuộn sơ cấp - Thay đổi cách nối dây giữa các cuộn sơ cấp máy biến thế Thời kỳ nấu chảy U = 240 ¸ 420V Thời kỳ oxy hóa U = 160 ¸ 300V Thời kỳ hoàn nguyên U = 110 ¸ 140V. 2.2.6. Mạch ngắn: Mạch ngắn là hệ thống tải điện từ cuộn thứ cấp của máy biến áp lò đến điện cực, nó dẫn dòng điện rất lớn tới hàng chục hàng trăm nghìn ampe. Tổn hao công suất mạch ngắn DPmn = rmn đạt tới 70% toàn bộ tổn hao trong toàn thiết bị lò hồ quang. Nên vậy có yêu cầu mạch ngắn là phải ngắn nhất có thể, ghép từ các tấm lá đồng thành các thanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống khi nâng hạ điện cực. Có thể chia mạch ngắn thành 3 phần như sau: - Thanh dẫn: Dẫn điện từ máy biến thế lò đến dây dẫn ở sau bức tường của phòng đặt máy biến áp lò. Thanh dẫn thường được chế tạo bằng đồng đỏ có tiết diện hình chữ nhật dẹt. - Dây cáp mềm: dẫn điện từ thanh dẫn đến ống tiếp điện đặt phía trên dầm ngang của cơ cấu nâng hạ điện cực. Cáp mềm thường được chế tạo bằng cách sợi đồng nhỏ bện lại, bên ngoài có ống cao su chịu nhiệt và được làm nguội bằng nước. - Ống tiếp điện: dẫn điện từ cáp mềm để tiếp điện cho điện cực thường được chế tạo ở dạng ống có nước làm nguội. 2.2.7. Một số thiết bị điện phụ khác: Ngoài thiết bị điện chủ yếu như đã nêu và được vẽ ở hình thì trong lò điện còn có các hệ thống điện cho các truyền động phụ phục vụ lò như: truyền động nghiêng lò, nâng nắp lò, bơm nước làm mát lò, di chuyển lò, quạt làm mát máy biến thế... các tủ điện động lực và điều kiển, bàn điều khiển hệ thống đèn báo, nút bấm. 3. Yêu cầu truyền động nâng hạ điện cực: Truyền động nâng hạ điện cực thực chất là điều chỉnh công suất hồ quang để giảm tổn thất điện năng tận dụng hết công suất máy biến thế lò, điều chỉnh nhạy hồ quang khi có sự thay đổi nhanh chóng khôi phục chế độ điện bình thường, rút ngắn thời gian nấu luyện, tăng năng suất lò, đảm bảo chất lượng thép và tuổi thọ lò. 3.1. Yêu cầu đề ra cho một bộ truyền động nâng hạ điện cực: 3.1.1. Đủ độ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc của lò. Duy trì dòng điện hồ quang không tụt quá (4 ¸ 5)% trị số dòng điện làm việc. Vùng không nhạy của bộ điều chỉnh không quá ±(3 ¸ 6)% trong giai đoạn nấu chảy và ±(2 ¸ 4)% trong các giai đoạn khác. 3.1.2. Tác động nhanh đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian 1,5 ¸ 3s. Điều đó sẽ giảm số lần cắt của máy cắt chính, giảm sự thấm C của kim loại ... Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần trong giai đoạn nấu chảy. Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch cực nhanh tới 2,5 ¸ 3m/ph trong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền động động cơ) và 5 ¸ 6 m/ph (khi truyền động thuỷ lực). Dòng điện hồ quang càng lệch xa vị trí đặt thì tốc độ dịch cực phải càng nhanh. 3.1.3. Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng. Yêu cầu này càng cần đối với lò 3 pha không có dây trung tính. Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ chế độ hồ quang của các pha còn lại. Điện cực của các pha ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển. Do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để sự làm việc của nó không bị ảnh hưởng tới chế độ làm việc các pha khác. 3.1.4. Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn 20 ¸ 125% trị số định mức với sai số không quá 5%. 3.1.5. Có thể chuyển đổi nhanh từ chế độ tự động sang chế độ điều khiển bằng tay và ngược lại. 3.1.6. Tự động mồi hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồ quang bị đứt. Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực không làm đứt hồ quang. 3.1.7. Dừng mọi sự dịch chuyển điện cực khi mất điện lưới. Việc duy trì công suất lò hồ quang có thể thông qua việc duy trì một trong các thông số sau: dòng điện hồ quang Ihồ quang, điện áp hồ quang Uhồ quang và tỷ số giữa điện áp và dòng điện hồ quang tức là tổng trở Zhồ quang . Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đổi sẽ không mồi được hồ quang tự động được. Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo dòng điện 2 pha kia cũng thay đổi. Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi có khó khăn trong việc đo thông số này. Thực tế cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của cửa lò và thanh cái máy biến áp lò do vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự thay đổi của dòng 1 pha sẽ ảnh hưởng 2 pha còn lại. Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì Zhồ quang = const thông qua các hiệu số tín hiệu dòng và áp. aIhồ quang - bUhồ quang = bIhồ quang(Zohồ quang - Zhồ quang) a, b là hệ số phụ thuộc hệ số biến áp đo lường và điện trở chỉnh định trên mạch. Zohồ quang và Zhồ quang là giá trị đặt vào giá trị thực của tổng trở hồ quang. Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá trị đặt. Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất lò, ít chịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn. 3.2. Đặc tính tĩnh của động cơ dịch cực: Hình 4 Đặc tính tĩnh của động cơ dịch cực Khi dòng điện Ihq tăng thì động cơ nâng điện cực lên làm việc ở đoạn ABCD của đặc tính tĩnh. Ở vùng thay đổi nhỏ của Ihq thì tốc độ nâng tỷ lệ với số gia DIhq đoạn AB. Ở vùng thay đổi lớn của Ihq thì tốc độ nâng nhảy vọt đoạn BC, và chế độ rơle đoạn CD. Khi Uhq tăng thì động cơ hạ điện cực xuống theo quy luật tuyến tính trên đoạn A'B' Đặt vùng không nhạy đoạn A'A khi Ihq thay đổi nhỏ không vượt quá giá trị vùng không nhạy này thì tín hiệu điều khiển bằng không và động cơ không quay nên điện cực không dịch chuyển làm việc ổn định.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docTHIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU GỒM HAI SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA MẮC SONG SONG NGƯỢC CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP .doc