Đồ án Thiết Kế hệ thống truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang

LỜI NÓI ĐẦU Trải qua bao thăn trầm của lich sử, làm cho ta phát triển các ngành công nghiệp nước ta còn rất chậm so với nền công nghiệp của thế giới. Để thoát khỏi tình trạng này chúng ta tiến hành đổi mới nền kinh tế đẩy mạnh công tác công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ và nhanh tróng của nghành công nghiệp thế giới trong những năm gần đây. Một mặt chúng ta cần áp dụng các thành tựu khoa học vào sản xuất, một mặt chúng ta đầu tư nghiên cứu chế tạo đòng thời tiến hành cải tiến cho trang thiết bị cho trình độ vận hành và trình độ sản xuất. Là một kỹ sư tương lai, Em luôn xác định rõ trách nhiệm học tập của mình về kiến thức và kinh nghiệm để sau này có thể thúc đẩy sự phát triển của nghành công nhiệp nước nhà tiến gần các nền công nghiệp tiên tiến của các nước trên thế giới . Sau 5 năm nghiên cứu tại trường. Em được giao đề tài :”Thiết Kế hệ thống truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang” phục vụ cho ngành công nghiệp. Qua 3 tháng tìm tòi nhiên cứu cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo Lê Xuân Giao cùng với các thầy giáo tronh bộ môn. Đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã được hoàn thành. Vì kiến thức còn hạn chế, còn thiếu sót nên mong được sự góp ý của các thầy. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên: Nguyễn Tuấn Huệ PHẦN I TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ LÒ ĐIỆN HỒ QUANG Đ1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI Trong đời sống và sản xuất, yêu cầu về sử dụng nhiệt năng rất lớn. Trong các ngành công nghiệp khác nhau, nhiệt năng được dùng để nung, sấy, nhiệt luyện, nấu chảy các chất ... là một yêu cầu không thể thiếu. Nguôn nhiệt năng này được chuyển từ điện năng qua các lò điện là rất phổ biến và thuận tiện. Từ điện năng có thể thu được nhiệt năng bằng nhiều cách: Nhờ hiệu ứng Jounle ( lò điện trở ), nhờ phóng điện hồ quang ( lò hồ quang ), nhờ tác dụng nhiệt của dòng xoáy Foucoult thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ ( lò cảm ứng)... Trong đó phương pháp biến đổi điện năng thành nhiệt năng nhờ phóng điện hồ quang( lò hồ quang) được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp. I. KHÁI NIỆM Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa các điện cực với kim loại để nấu chảy kim loại. Lò điện hồ quang dùng để nấu thép hợp kim chất lượng cao. II. PHÂN LOẠI . Việc phân loại hồ quang dựa theo từng đặc điểm sau: Theo dòng điện sử dụng , lò hồ quang được chia thành: Lò hồ quang một chiều. Lò hồ quang xoay chiều. Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang, lò hồ quang chia ra: Lò nung gián tiếp: nhiệt của ngọn lửa sẩy ra giữa hai cực ( grafit, than ) được dùng để nấu chảy kim loại. Lò nung trực tiếp: nhiệt của ngọn lửa hồ quang sẩy ra giữa điện cực và kim loại dùng để nấu chảy kim loại. Theo đặc điểm chất liệu vào lò, lò hồ quang được phân thành: Lò chất liệu bên sườn bằng phương pháp thủ công hay máy móc qua cửa lò. Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại lò này có cơ cấu nâng vòm lò. III. KẾT CẤU LÒ HỒ QUANG. Về kết cấu, một lò hồ quang bất kỳ đều có các bộ phận chính như sau: Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt, có của lò và miệng rót. Vòm nóc lò có vỏ cách nhiệt. Cơ cấu giữ và dịch chuyển địên cực, truyển động bằng điện hay thuỷ lực. Cơ cấu nghiêng lò truyền động bằng điện hay thuỷ lực. Phần dẫn điện từ biến áp lò đến lò. Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao còn có cơ cấu nâng, quay vòm lò, cơ cấu rót kim loại cũng như gầu nạp liệu. Đối với các lò quang có các nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh lệch nhiệt độ theo độ cao (Khoảng 1000c/m ); Và để đẩm bảo khả năng nung nóng kim loại trước khi rót, cần phải khuấy trộn để không những giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao được chất lượng của kim loại nấu. Các thông số quan trọng của lò hồ quang: Dung lượng định mức của lò: tần số kim loại lỏng trong một mẻ nấu. Công xuất định mức của biến áp lò là: ảnh hưởng quyết định đến thời gian nấu luyện nghĩa là tới năng xuất lò theo mức độ công suất tác dụng của biến áp trong dai đoạn nấu chảy đối với một tấn kim loại lỏng lò hồ quang còn chia ra: lò có công suất bình thường, có công suất cao, và công xuất siêu cao. III. CHU TRÌNH CÔNG NGHỆ LÒ HỒ QUANG. Chu trình làm việc của lò hồ quang gồm 3 giai đoạn với các đặc điểm công nghệ sau: Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại. Trong giai đoạn này, lò cần có công xuất lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếm khoảng ( 60(80)% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm (50( 60)% toàn bộ thời gian một chu trình. Để đảm bảo công suất nấu chảy, ngọn lửa hồ quang cần phải cháy ổn định. Khi cháy điện cực bị ăn mòn dần, khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng lên. Để duy trì hồ quang điện cực phải được điều chỉnh gần vào kim loại. Lúc đó dễ sẩy ra hiện tượng điện cực bị chạm vào kim loại - gọi là quá trình điều chỉnh và gây ra ngắn mạch làm việc. Ngắn mạch làm việc tuy sẩy ra trong thời gian ngắn nhưng lại hay sẩy ra, nên các thiết bị trong mạch động lực thường phải làm việc ở điều kiện nặng nề. Đây là điểm nổi bật cần lưu ý khi tính toán và chọn thiết bị cho hồ quang. Hiện tượng ngắn mạch làm việc cũng có thể gây ra cho sụt lở các thành của hồ quang bao quang đầu điện cực tạo ra ở trong liệu. Rồi sự nóng chảy các mẩu liệu cũng có thể phá huỷ ngọn lửa hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa. Lúc đó phải tiến hành mồi bằng tay hạ điện cực xuống cho cham kim loại rồi nâng lên tạo hồ quang. Trong giai đoạn này, số lần ngắn mạch làm việc có thể nên tới 100 lần hoặc hơn. Mối lần sẩy ra ngắn mạch làm việc, công suất hữu ích giảm mạnh và có khi bằng 0 với tổn hao cực đại . Thời gian cho phép của 1 lần ngắn mạch làm việc lá ( 2 (3)s. Tóm lại, giai đoạn nấu chảy là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn định nhất, công suất nhiệt của hồ quang tăng dao động mạch và ngọn lửa hồ quang cháy rất ngắn, thường từ vài mm đến (10(15)mm. Do vậy trong giai đoạn này điện áp cấp và công xuất ra của biến áp là lò lớn nhất. Giai đoạn oxi hoá và hoàn nguyên. Đây là giai đoạn khử các bon của kim loại đến một giới hạn nhất định tuỳ theo yêu cầu công nghệ, khử P vá S khử khí trong gang rồi tinh luyện. sự cháy hoàn toàn C gây sôi mạnh kim loại. Ở giai đoạn này công suất nhiệt yêu cầu về cơ bản là để lùi lại các tổn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60% công suất nhiệt của giai đoạn một. Hồ quang cũng cần duy trì ổn định. Trước khi thép ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử oxi, khử sunfva và hợp kim hoá kim loại. Công suất yêu cầu lúc này chỉ có 30% so với giai đoạn 1 chế độ năng lượng tương đối ổn định và chiều dài ngọn lửa hồ quang vài chục mm. Giai đoạn phụ. Đây là giai đoạn lấy sản phẩm đã nấu luyện, tu sửa, làm vệ sinh và chất liệu vào lò. Đ2 SƠ ĐỒ ĐIỆN LÒ HỒ QUANG Điện áp cấp cho lò hồ quang lấy từ biến áp lò. Điện áp vào lò là 6,10,35,110 KV tuỳ theo công suất lò điện. Sơ đồ các thiết bị lò chính sau: - Cầu dao cách ly CL dùng để cách ly mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa. Máy cắt 1CM dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố. Nó được chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy cắt 1CM cũng dùng đngs và cắt mạch lực dưới tải. - Cuộn kháng K dùng để hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc. Lúc ngắn mạch làm việc, máy cắt 2 MC mở ra để cuộn kháng tham gia vào hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu cháy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K. - Ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu ít hơn. Thì 2 MC lại được mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạch làm giảm công suất cấp cho lò. Với những lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K. Việc ổn định lò hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm . Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp. Việc đổi nối cuộn sơ cấp thành hình tam giác hay hình sao thực hiện nhờ các máy cắt 3CM, 4CM . Cuộn thứ cấp của biến áp lò BAL nối với các điện cực của lò qua một mặch ngắn (MN) không phân nhánh không có mối hàn. Phía sơ cấp BAL có đặt rơ le dòng cực đại để tác động lên cuộn ngắt máy cắt 1CM. Rơ le này có duy trì thời gian. Thời gian duy trì này giảm khi bội số quá tải tăng. Nhờ vậy 1MC ngắt mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không sử lý được. Với ngắn mạch trong một thời gian tương đối ngắn , 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông. Phía thứ cấp biến áp lò có các dụng cụ đo lường, kiểm tra như: Vôn kế, Am pe kế, công tơ điện, Pha kế... Phái thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2 TI nối với các Ampe kế đo dòng hồ quang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và rơ le dòng cực đại. Dòng tác động và thời gian duy trì của rơ le dòng được chọn sao cho khi có ngắn mạch thời gian ngắn, bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian duy trì của rơ le. Nhiều khí cụ điều khiển kiểm tra và bảo vệ khác (trong khối ĐKBV) cũng được nối với máy biến điện áp TU và các máy biến dòng 1TI, 2TI. Máy biến áp lò BAL: - Dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong các điều kiện đặc biệt nặng lề nên có đặc điểm sau: - Công suất thường rất lớn ( có thể lên tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấp rất lớn( tới hàng trăm KA). - Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới (2,5(4) Iđm. - Có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch. - Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng. - Phải làm mát tốt vì dòng lớn, hay có ngắn mạch và biến áp đặt ở nơi kín lại gần lò. - Công suất biến áp lò có thể sác 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 kim loại, tổn thất năng lượng trong hồ quang, trong BAl và cuộn kháng L được bù trừ của năng lượng phản ứng toả nhiệt thì công suất biến áp lò có thể xác định bởi biểu thức : SBAL= W/( Anc.Ksd .cos () (KVA) Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu đến ki kết thúc việc nấu chảy thường thì thời gian này từ (1(3)h tuỳ dung lượng lò. - Hệ số sử dụng công suất biến áp lò thường là (0,8(0,9) gây ra cho sử dụng không đầy đủ công suất BAL, do biến động các thông số của lò, do hệ tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha... Hiện nay, công suất BAL ngày càng có su hướng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm suất chi phí năng lượng do hao tổn nhiệt. Cuốn thứ cấp BAL thường nối tam giác vì dòng ngắn mạch được phân ra 2 pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn. Máy BAl thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hợn các máy biến áp động lực cùng công suất. Mạch ngăn. (hình CV). Mạch ngắn hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn, tới hàng chục và ngay cả hàng trăm nghìn Ampe tổn hao công suất ở mạch ngắn. (Pmn=Tmn- (mn Đạt tới 70% toàn bộ tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò hồ quang. Do vậy yêu cầu cơ bản của mạch ngắn là ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến áp lò phải đặt rất gần lò) để giảm bớt tổn hao, đồng thời được ghép từ các tấm đồng lá thành các thanh mền để có thể uốn dẻo lên xuống theo các điện cực. Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng Rmn và Xmn giữa các pha để có các thông số điện như nhau của hồ quang. Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hồ cảm giữa hai pha bất kỳ sẽ bằng nhau và sức điện động hỗ cảm bằng không.Trường hợp giữa các pha không như nhau hỗ cảm giữa các pha sẽ khác nhau. Trong một pha nào đó sẽ suất hiện các sức điện động phụ ngược chiều dòng diện trong pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên trở thuần pha đó. Kết quả là pha này như thể tăng điện trở tác dụng, gây ra một tổn hao công suất phụ và công suất hồ quang của pha này sẽ giảm so với pha khác. Đồng thời ở một pha khác sức điện động phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha điện trở tác dụng như bị giảm và công suất hồ quang pha này tăng lên. Hiện tượng trên gây mất đối xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đều giữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mất đối xứng điện trở ở mạch ngắn sẽ càng lớn. Chống hiện tượng bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình học và về mặt điện từ của các mạch ngắn và các điện cực đặt ở 3 đỉnh của 1 tam giác đều. Với lò dung lượng 10 T thì mạch ngắn được nối theo sơ đồ tam giác. Thiếu sót của cách này là sự không đối xứng của dây dẫn chuyển dòng với các điện cực không được bù trừ. Với các lò dung lượng lớn, mạch ngắn thường được nối tam giac ở các điện cực. Cần giữ điện cực có đặt hai dây dẫn dòng pha cách điện nhau. ở sơ đồ này thì 2 pha có các dây dẫn dòng từ đầu đầu và đầu cuối tới hai điện cực kế sát nhau, tạo ra hệ 2 dây, còn pha thứ 3 dẫn dòng tới 2 cần giữ ngoài cùng sẽ không có tính chất của hệ 2 dây. Tính chất đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều, nhưng chưa hoàn toàn . Sơ đồ thực hiện hệ 2 dây cho 3 pha nhờ thêm cần phụ, mang dây đầu cuối 3 pha tới điện cực một vòng qua điện cực 3. Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 được dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học. Sơ đồ này giảm tính không đối xứng của mạch ngắn xuống đến mức tối thiểu. Đ3 YÊU CẦU VỚI CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN CỰC Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ điều chỉnh tự động việc dịch dịch điện cực vì nó cho phép giảm thời gain nấu luyện, nâng cao năng suất lò, giảm suất chi phí năng lượng, giảm thấp các bon cho kim loại nâng cao chất lượng thép, giảm lao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều kiện lao động... Chất lượng thép nấu luyện phụ thuộc vào công suất cấp và sự phân bố nhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò. Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra của biến áp lò hoặc bằng sự dịch chuyển của điện cực để thay đổi chiều dài của ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi được địên áp hồ quang , dòng điện hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang. Về nguyên tắc, việc duy trì công suất lò hồ quang có thể thông qua việc duy trì 1 trong các thông số sau: dòng điện hồ quang Ihq , điện áp hồ quang Uhq , tỷ số giữa điện áp và dòng điện hồ quang, tức là tổng trơ. Zhq=Uhq / Ihq Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đổi (Ihq=const) sẽ không mồi hồ quang tự động được. Ngoài ra khi dòng điện 1 pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo dòng địên 2 pha còn lại thay đổi. Ví dụ, khi hồ quang trong một pha bị đứt thì lò hồ quang làm việc như phụ tải 1 pha với 2 pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây. Lúc đó các bộ phận điều chỉnh 2 pha còn lại sẽ tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần việc đó. Các bộ điều chỉnh loại này chỉ dùng cho lò hồ quang 1 pha và chủ yếu dùng trong lò hồ quang chân không. Bộ đièu chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi Uhq=const) có khó khăn trong việc đo thông số này thực tế cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của lò và thanh cái thứ cấp biến áp lò. Do vậy, điện áp đo không phụ thuộc dòng tải và sự thay đổi dòng 1 pha sẽ ảnh hưởng tới 2 pha còn lại như đã trình bày đối với bộ điều chỉnh giữ Ihq=const. Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì.
Thông qua hiệu số các tín hiệu dòng và áp. a . Ihq- b . Uhq= b . Ihq( Z0hq-Zhq) Suy ra:
Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo chế độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá trị đặt ( điều chỉnh vi sai). Phương pháp này sẽ mồi hồ quang duy trì được công suất, ít chịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha. Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (nấu chảy, ôxi hoá, hoàn nguyên) đòi hỏi một công suất nhất định, mà công suất lại phụ thuộc vào chiều dài ngọn lửa hồ quang. Do đó điều chỉnh được công suất lò hồ quang. Các yêu cầu đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang là: Đủ nhậy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòng điện hồ quang không tụt quá (4(5)% trị số dòng điện làm việc. Vùng không nhậy của bộ điều chỉnh không quá ((3(6)% trong giai đoạn nấu chảy và ( (2(4)% trong các giai đoạn khác. Tác động nhanh đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian (1,3(3)s. Điều đó sẽ làm giảm lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm các bon của kim loại... Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần trong một giai đoạn nấu chảy. Đảm bảo yêu cầu này bằng tốc độ dịch cực nhanh, tới (2,5(3)m/phút . Trong giai đoạn nấu chảy (Khi dùng chuyền động động cơ) và (5(6)m/phút (Khi dùng chuyền động thuỷ lực). Dòng điện hồ quang càng lệch xa trị số đặt thì tốc độ dịch cực càng phải nhanh. Thời gian điều chỉnh ngắn. Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây) 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 đến sự phá huỷ hồ quang của các pha còn lại. Điện cực của các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển. Do vậy mỗi pha còn lại có hệ điều chỉnh độc lập để nó không bị ảnh hưởng tới các chế độ làm việc của các pha khác. Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn (20(125)% trị số định mức không quá 5%. Có thể điều chỉnh nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế độ điều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó chẳng hạn nâng điện cực trước khi chất liệu vào lò và ngược lại chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động. Tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và khi hồ quang bị đứt. Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên làm đứt hồ quang. Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới: Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể chuyển động bằng điện cơ hay thuỷ lực. Trong cơ cấu điện cơ động cơ được dùng phổ biến là động cơ một chiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn, giải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm. Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mô men quán tính của rôtor nhỏ. Đ4 SƠ ĐỒ KHỐNG CHẾ DỊCH CỰC LÒ HỒ QUANG 1. Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực lò hồ quang. Một hệ tự động điều chỉnh công suất lò hồ quang có sơ đồ chức năng được mô tả theo hình vẽ. Hệ thống gồm có đối tượng điều chỉnh (6) là lò hồ quang và bộ điều chỉnh vi sai với các phần tử sau: Các phần tử cảm biến (1) và biến áp (1’). Phần tử so sánh bộ khuyếch đại (4). Cơ cấu chấp hành(5) và thiết bị đặt (2). Trên phần tử so sánh có 2 đối tượng điều chỉnh tới tương ứng với dòng và áp hồ quang cộng với 1 tín hiệu từ thiết bị đặt tới. Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh được khuyếch đại qua bộ khuyếch đại (4) để hoàn thiện các đặc tính động của hệ. Nâng cao chất lượng điều chỉnh thì thường sơ đồ có thêm phần phản hồi âm tốc độ. Về tốc độ thay đổi dòng áp hồ quang ... Trong sơ đồ có thể dùng máy điện khuyếch đại, khuyếch đại từ,Tiristor thuỷ lực.. để trang bị cho bộ điều chỉnh. Hiện nay việc thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh công suất lò hồ quang thường sử dụng hệ chuyển động van động cơ nhiều hơn vì nó có kết cấu gọn nhẹ hơn so với máy điện khuyêch đại . Đồng thời nó cũng đáp ứng được yêu cầu đề ra và chỉ thua kém hệ thống dùng thuỷ lực về tốc độ tác động. Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực lò hồ quang. PHẦN II PHÂN TÍCH - THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Đ1 SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ cấu trúc một pha hệ điều chỉnh được thiết kế như sau: Các khối trong sơ đồ gồm có : : Khối tín hiệu dòng và áp hồ quang. : Khối đặt tín hiệu. : Khối tổng hợp tín hiệu. : Khối phát xung. : Mạch động lực. : Khối phản hồi dòng và áp động cơ. : Khối nguồn. : Động cơ dịch chuyển điện cực. Chức năng của các khối trong sơ dồ như sau: : Lấy ra tín hiệu tỉ lệ với dòng và áp hồ quang. : Đặt chế độ làm việc định mức của lò hồ quang, dòng làm việc vùng không nhạy. : Tổng hợp các tín hiệu đặt và các tín hiệu làm việc tạo điện áp điều khiển cho bộ phát xung. : Tạo xung điều khiển các Tiristor. : Mạch động lực gồm 2 bộ biến đổi đổi Tiristor mắc song song ngược. : Mạch phản hồi tăng cường độ chính xác và ổn định động cho hệ thống. : Nguồn nuôi cho các thiết bị điều khiển . Đ2 MẠCH ĐỘNG LỰC I. CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG. Yêu cầu của động cơ truyền động dịch cực là phải có mô men khởi động lớn, giải điều chỉnh rộng bằng phẳng, có khả năng đảo chiều nhanh. Từ những yêu cầu có ta xét 2 loại động cơ : Động cơ một chiều và động cơ xoay chiều. 1. Động cơ xoay chiều. Trong các loại động cơ xoay chiều thì động cớ đồng bộ có cấu tạo phức tạp và mở máy rất khó nên không dùng loại động cơ này. Động cơ khộng đồng bộ rôtor dây quấn có mô men mở máy khá lớn có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phản ứng, thay đổi từ thông, thay đổi tần số nguồn và điện trơ rôtor. Động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tốc độ bằng các phương pháp trên làm cho độ cứng đặc tính cơ giảm, chỉ có phương pháp điều chỉnh tần số là giữ nguyên độ cứng đặc tính nhưng lại rất đắt tiền. Động cơ không đồng bộ có thể hãm và đảo chiều một cách khá dễ dàng. Tuy nhiên động cơ không đồng bộ phải lấy công suất kích thích từ lưới lên hệ số cos ( thấp. Động cơ không đồng bộ rôtor nồng soc có cấu tạo đơn giản nhưng mơ máy khá phức tạp, hãm , đảo chiều khó khăn hơn. Đặc tính cơ tự nhiên. Khi thay đổi P. Khi thay đổi điện áp. Khi thay đổi R,X. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 2. Động cơ một chiều. Động cơ một chiều có cấu tạo phức tạp hơn động cơ không đồng bộ nhưng có mô men mở máy lớn, mở máy dễ dàng, có thể điều chỉnh tốc độ bằng nhiều phương pháp: Thay đổi địên áp phần ứng, thay đổi điện trơ phụ mạch phần ứng, thay đổi từ thông. Có thể điều chỉnh vô cấp giải điều chỉnh rộng, hãm và đảo chiều dễ dàng. Trong động cơ một chiều thì động cơ một chiều kích từ độc lập có thể thay đổi dòng kích từ để điều chỉnh tốc độ lên trên tốc độ định mức, không phụ thuộc vào điện áp phần ứng. Đặc tính cơ động cơ 1 chiều 3. Nhận xét: Qua việc phân tích trên ta thấy rằng với yêu cầu của động cơ dịch điện cực thì động cơ 1 chiều hoàn toàn đáp ứng được và có nhiều ưu điểm hơn so với động cơ xoay chiều do có mô men mở máy lớn hơn, mở máy dễ dàng, dải điều chỉnh rộng và có thể điều chỉnh vô cấp dễ tự động hoá. Do đó ta chọn động cơ một chiều kích từ độc lập để truyền động cho điện cực là hợp yêu cầu. II. CHỌN PHƯƠNG ÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ. Các chỉ tiêu khi điều chỉnh tốc độ động cơ là: - Phạm vi điều chỉnh: D=(max / (min - Sai lệch tĩnh: S%=
Độ bằng phẳng khi điều chỉnh. Mức độ phù hợp của tải . Tính kinh tế - kỹ thuật. Xét những phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập như sau: 1. Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng. Phương pháp biến trở tạo đường dặc tính thấp hơn đặc tính tự nhiên bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ . Đây là phương pháp điều chỉnh không triệt để, dải điều chỉnh phụ thuộc vào tính chất và giá trị của phụ tải. Độ chính xác duy trì tốc độ không cao, quá trình điều chỉnh không êm : Khi điều chỉnh càng sâu thì độ sai số tốc độ càng lớn, duy trì tốc độ kém chính xác và khả năng quá tải kém. Phương pháp điều chỉnh này gây tổn thất công suất lớn. Thông thường do chất lượng của hệ thống nên phương pháp điều chỉnh địên trở mạch phần ứng người ta không đề cập đến xét giải điều chỉnh D và độ sai lệch tĩnh S nên không điều chỉnh được trong phạm vi rộng vì khó tự động hoá, không nâng cao được độ cứng đặc tính cơ. Để khắc phục điều này người ta sử dụng phương pháp xung điện trơ mạch phần ứng. Phương pháp này có thể tự động hoá, mở rộng được phạm vi điều chỉnh và tăng độ cứng đặc tính cơ. Tuy nhiên nó chỉ cải thiện được phần nào đó mà vẫn không hoàn toàn khắc phục được các nhược điểm đã nêu ở trên. 2. Điều chỉnh từ thông. Phương pháp điều chỉnh từ thông do công suất cuộn kích từ bằng (5(7)% Pđm của động cơ nên IK rất nhỏ nên người ta có thể chế tạo được điện trở điều chỉnh vô cấp và nguồn cung cấp cho cuộn kích từ có thể sử dụng là bán dẫn do đó dễ tự động hoá mở rộng phạm vi điều chỉnh và tăng cường đặc cứng cơ. Phương pháp này thực hiện đơn giản nhưng có nhược điểm là khi điều chỉnh tốc độ càng cao thì đặc tính cơ càng dốc do đó độ sai lệch tĩnh tăng, nó phù hợp vơí loại tải có mô men cản tỉ lệ nghịch với tốc độ. 3. Phương pháp điều áp động cơ. Hệ thống điều áp động cơ cho ta những đặc tính cơ nằm dưới dặc tính cơ tự nhiên, có độ cứng đặc tính cơ ( không đổi và có độ cứng lớn hơn độ cứng biến trơ (k và nhỏ hơn đặc tính tự nhiên (TN. Phương pháp này cho ta phạm vi điều chỉnh rộng vì thông thường khi dùng bộ biến đổi (BBDD) ta dùng hệ thống truyền động tự động. Do vậy mở rộng dải điều chỉnh, tăng độ cứng P. Phương pháp này thực hiện điều chỉnh vô cấp vì nó được điều chỉnh trên phần tử có công suất nhỏ dễ tạo ra bộ biến đổi có chất lượng cao. Vì vậy hiện nay động cơ một chiều kích từ độc lập có ưu điểm cho hệ thống truyền động chất lượng cao.