Đồ Án Điện Tử Công Suất Lò Nung Điện Cao Tần

Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 4 PHẦN I 5 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NUNG 5 1 Tổng quan về lò điện 5 1 1 Định nghĩa 5 1 2 Phân loại 5 1 3 Ứng dụng 6 1 4 Ưu, nhược điểm của lò nung điện 6 2 Các phương pháp biến điện.

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN I 5

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NUNG 5

1.Tổng quan về lò điện: 5

1.1 Định nghĩa: 5

1.2 Phân loại: 5

1.3 Ứng dụng: 6

1.4 Ưu, nhược điểm của lò nung điện: 6

2 Các phương pháp biến điện năng thành điện năng: 7

3 Khái quát các loại lò điện nhiệt và phương thức hoạt động: 7

3.1 Lò điện trở ( lò nung ): 7

3.2 Lò hồ quang điện: 9

3.3 Lò nung điện môi: 11

3.4 Lò nung Plasma ( phương pháp plasma ): 12

3.5 Lò nung điện cảm ứng: 14

PHẦN II 15

Chương I: Khái Quát Cơ Bản Về Lò Nung Cảm Ứng 15

1 Định nghĩa lò nung cảm ứng: 15

2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò cảm ứng: 16

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Chế Tạo Lò Nấu Thép Cảm Ứng

- Lớp: K22 EDT2 Khoa: Điện – Điện Tử Năm thứ: 3 Số năm đào tạo:4.5

- Lớp: K22 EDT1 Khoa: Điện – Điện Tử Năm thứ: 3 Số năm đào tạo:

4.5

- Người hướng dẫn: Giảng viên Th.s Võ Tuấn

2 Mục tiêu đề tài:

- Thiết kế được mô hình một lò nung cao tần mini.

- Nắm được các kiến thức cơ bản của môn Điên Tử Công Suất

- Hệ thống hóa các kiến thức đã học để áp dụng vào thực tiễn, làmquen và nghiên cứu các linh kiện bán dẫn công suất như Diode,Thysistor, Transistor, Mosfet

- Khảo sát và đánh giá khả năng ứng dụng của đề tài vào đời sốngsinh hoạt và sản xuất

3 Phương pháp nghiên cứu:

Để tiến hành cho việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo lò nungthép cảm ứng nhóm đã thực hiện đề tài đưa ra các nội dungnghiên cứu theo trình tự sau:

 Nghiên cứu các linh kiện điện tử bán dẫn công suất, mạchđiện, các phần điều khiển chỉnh lưu nghịch lưu hay biến tần.

cần

môn và đánh giá kết quả

4 Kết quả nghiên cứu:

Hiện tại, thiết bị đã được thử nghiệm tại trường ĐH Duy Tân

mang lại kết quả tốt Thiết bị hoạt động ổn định, chính xác, an toàn

và có thể hoạt động liên tục khi có đủ nguồn cung

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Đề tài sau khi hoàn thiện sẽ có một mức đánh giá khả quan nhấtđịnh, qua đó cũng cố kiến thức đã học về bộ môn Điện Tử Công Suấtcho các bạn sinh viên cũng như nâng cao kỹ năng học tập và thựchành Từ đó thúc đẩy sự sáng tạo, tìm tòi nghiên cứu khoa học củasinh viên nhằm đào tạo thế hệ trẻ, tìm kiếm tiềm năng cũng như bồidưỡng các sinh viên có tài mai sau giúp đỡ nước nhà

Đà Nẵng, Ngàytháng năm

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về đề tài (phần này do người

hướng dẫn ghi):

Đà Nẵng, Ngàytháng năm

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

LỜI NÓI ĐẦU

điện cảm ứng nói riêng, đang được ứng dụng rộng rãi để sản xuấtcác chủng loại thép phục vụ cho các ngành kinh tế quốc dân như là:

cơ khí, đóng tàu, giao thông vận tải, xây dựng, hóa chất vv Mặc dùcác nhà máy luyện kim của cả quân sự và dân sự đã được hìnhthành từ lâu, nhưng hiện nay thiết bị lò cảm ứng đều rất lạc hậu,chưa đáp ứng được trước những yêu cầu của quá trình công nghiệphóa - hiện đại hóa Hơn nữa qua nhiều năm sử dụng đã xuống cấphay hư hỏng, tiêu tốn nhiều điện năng, hiệu suất không cao nên giáthành sản phẩm còn cao Những năm gần đây, kỹ thuật điện tử vàbán dẫn công suất phát triển mạnh mẽ Các thiết bị điện tử côngsuất ra đời như Diode, Thyristor, Transistor, Mosfet có nhiều ưuđiểm như: khả năng điều khiển linh hoạt, tính tác động nhanh; chỉtiêu kinh tế cao, kích thước và khối lượng nhỏ; độ tin cậy và tínhchính xác cao; đặc biệt là dễ dàng trong việc áp dụng các tiến bộcủa các ngành khoa học kỹ thuật khác như: ngành điều khiển học,ngành công nghệ thông tin vv nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất,giảm tổn thất năng lượng, hạ giá thành sản phẩm và giải phóng sứclao động cho con người Chính vì thế các thiết bị điện tử công suấtđược ứng dụng khá rộng rãi vào việc biến đổi điện

Theo xu hướng phát triển của các ngành công nghiệp, để bắt kịptốc độ phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới, ở nước ta các

nhà máy đã đưa công nghệ nấu thép mới để thay thế công nghệ cũlạc hậu Đó là công nghệ “ nấu thép cảm ứng “ Công nghệ này dùng

bộ biến tần với các phần tử có khả năng tự động hóa cao và điềuchỉnh quá trình nấu thép dể dàng, nâng cao năng suất cũng nhưgiảm thời gian nấu thép đi rất nhiều Để áp dụng kiến thức đã họcvào thực tiễn khi học qua bộ môn Điện Tử Công Suất nhóm chúng

em xin báo cáo đồ án môn học với đề tài “ Chế tạo lò nấu thép cảmứng “ Qua đây chúng em xin gữi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy côgiáo trong khoa Điện- Điện Tử trường ĐH Duy Tân và đặc biệt là thầygiáo Võ Tuấn đã tận tình chỉ dạy, hổ trợ chúng em trong quá trìnhhọc tập cũng như hoàn thành đề tài đồ án này Do kiến thức, kinhnghiệm cũng như học vấn còn hạn hẹp vì thế trong báo cáo khôngtránh khỏi những sai sót không đáng có, mong các thầy cô giáo tận

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NUNG

1 Tổng quan về lò điện:

1.1 Định nghĩa:

Trong các ngành công nghiệp, nhu cầu về nhiệt năng là rất lớn

Nó dùng để nung, sấy, nhiệt luyện nấu chảy các chất Nguồn nhiệtnăng này được chuyển hóa từ điện năng qua các lò điện rất phổ biến

Trong ngành công nghiệp luyện kim, luyện thép trong lò điện làmột khâu rất quan trọng Nhiệm vụ của luyện thép lò điện là hoàn

nguyên các nguyên tố kim loại như Fe, Mn ở trong các ôxit củachúng để thu được thép và hợp kim có thành phần hóa học mongmuốn Để luyện thép trong lò điện, người ta đã sử dụng điện năngnhư nguồn phát nhiệt, nghĩa là biến điện năng thành nhiệt năng đểnung chảy kim loại Nhờ vậy mà lò điện thu được nguồn nhiệt rấtlớn Nếu so sánh giữa lò điện và lò Mactanh ta thấy rõ sự ưu việt ở lòđiên hơn nhiều.

Tất cả thép công cụ hợp kim mác cao, théo không gỉ và tất cảcác thép có tính chất đặc biệt khác đều luyện trong lò điện Thànhphần lưu huỳnh, phốt pho trong thép lò điện chứa 0,01 Lò điện khửtap chất hoàn toàn hơn ở là Mactanh Luyện thép lò điện khôngnhững đảm bảo các nguyên tố có lợi ít bị mất mát mà còn cho phéptiến hành quá trình tinh luyện thép tốt hơn Đặc biệt luyện théptrong lò điện dể dàng nâng nhiệt độ điều chỉnh một cách chính xáctheo từng giai đoạn nấu

1.3 Ứng dụng:

Như nói ở trên, lò điện được sử dụng rộng rãi trong tất cả cáclĩnh vực từ đời sống sinh hoạt đến sản xuất cũng như an ninh quốc

+ Sản xuất thép chất lượng cao

+ Sản xuất các hợp kim phe – rò

+ Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện

+ Nung các vật phẩm ( phôi ) trước khi cán, rèn, dập, kéo sợi Ngoài ra trong các lĩnh vực khác lò điện cũng góp phần không nhỏnhư: Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được dùng để sát,

mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm Hay sản xuất các loại vậtphẩm như thủy tinh, gốm, sứ, các loại vật liệu chịu lửa

Không chỉ có mắt trong các ngành công nghiệp mà trong sinh hoạthằng ngày lò điện cũng chiếm một lượng lớn đồ dùng phong phúnhư: bếp điện, nồi cơm điện, máy nấu nước nóng hay kể cả máysấy

1.4 Ưu, nhược điểm của lò nung điện:

a Ưu điểm:

Việc sử dụng lò nung điện có những ưu điểm vượt trội so với sử dụng

lò nung nhiên liệu như:

nhiệt độ của lò nung

 Thiết bị gọn nhẹ dể sử dụng, không chiếm nhiều diện tích

và ít tác hại đến môi trường

b Nhược điểm:

2 Các phương pháp biến điện năng thành điện năng:

Điện năng trong lò nung điện được biến đổi theo các phương phápsau:

và hợp kim màu

Cấu tạo của lò gồm 3 phần:

quá trình làm việc của lò Mặc khác nó còn có công dụngdùng để giữ lớp cách nhiệt rời và đảm bảo sự kín hoàntoàn hoặc tương đối của lò

 Lớp lót: Là lớp cách điện và cách nhiệt.

nhiệt

Hình 1.1: cấu tạo của một lò điện trở.

b Nguyên lý làm việc: ( phương pháp điện trở )

Phương pháp điện trở dựa trên định luật Joule-Lence: Khi dòngđiện chạy qua dây dẫn có điện trở R thì trên dây dẫn sẽ tỏa ramét lượng nhiệt, lượng nhiệt này được tính theo công thức:

Trong đó:

[Ω]

[s]

Nguyên lý làm việc của lò điện trở được thể hiện ở hình 2:

Hình 1.2: Nguyên lý làm việc của lò điện trở

c Phân loại.

Tùy theo phương pháp nung mà ta có: lò nung trực tiếp và lò nunggián tiếp

trở, trực tiếp nung chảy vật phẩm

+ Điều kiện làm việc dể dàng

hình thù quá phức tạp thì không thể nung được

Nung đều hơn so với lò nung trực tiếp

3.2 Lò hồ quang điện:

a Khái niệm:

Là thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng thông qua hồquang điện, dùng để nấu thép hợp kim chất lượng cao

Cấu tạo của lò:

Hình 1.3: Cấu tạo của lò nung hồ quang

b Nguyên lý làm việc: ( phương pháp hồ quang điện )

Phương pháp hồ quang điện dựa trên nguyên lý phát nhiệt củangọn lửa hồ quang điện Hồ quang điện là môt trong nhữnghiện tượng phóng điện qua chất khí Bình thường thì khí khôngdẫn điện, nhưng nếu ion hóa khí và dưới tác dụng của điệntrường thì khí sẽ dẫn điện Khi 2 điện cực tiếp cận nhau thì giữachúng sẽ xuất hiện ngọn lửa hồ quang Người ta dùng nghiệtnăng của ngọn lửa hồ quang để gia nhiệt cho vật nung hoặcnấu chảy

Vỏ lò được làm bằng thép, mặt trong xây bằng vật liệu chịulửa (1), 3 điện cực làm bằng cácbon hoặc grafit (3) theo chiềuthẳng đứng để điều chỉnh hồ quang, phế liệu được đưa vàotheo cửa (4), thép luyện xong được rót qua máy qua cửa (5).Hình ( 3)

Hình 1.4: Nguyên lý làm việc của lò nung hồ quang.

c Phân loại:

Lò hồ quang điện cũng được phân thành 2 loại tùy theo cách cháycủa ngọn lửa hồ quang đó là lò núng nóng trực tiếp và lò nungnóng gián tiếp.

điện cực và nguyên liệu rắn chất ở trong lò, nghĩa là nguyên liệunhận nhiệt năng thông qua hồ quang và năng lượng đó truyền tự cựcxuống các vật kim loại làm nóng chảy chúng Các điện cực được bốtrí thẳng đứng ( như hình 3 ), loại lò này dùng để nấu thép vì cónhiệt rất cao Hồ quang tỏa ra trực tiếp trên nguyên liệu rắn vì vậybảo vệ được gạch chịu nóng cửa nắp lò không bị cháy

chảy kim loại nhanh

nung được vì nhiệt độ quá cao, không đồng đều Do nhiệt độ cao nêncác khí H2, N2 hòa tan vào thép lỏng cũng nhiều đồng thời cácnguyên tố có lợi bay hơi cũng nhiều, từ đó làm giảm chất lượngthành phẩm

điện cực, cách nguyên liệu một khoảng nhất định Nhiệt được truyền

do bức xạ nhiệt trên đỉnh lò, thân lò và kim loại Các điện cực được

bố trí theo chiều ngang

hồ quang chảy đều, không đoản mạch và dòng hồ quang không đứtquãng Các khí xâm nhập vào kim loại ít, các khi có lợi bay hơi khỏikím loại cũng ít vì nhiệt độ không cao

tận dụng hết khả năng cấp nhiệt cho vật liệu Xỉ nguội hơn kim loại

do đó tác dụng xỉ kém nên vấn đề khử ôxy hóa trong kim loại là khókhăn

3.3 Lò nung điện môi:

Phương pháp điện môi dựa trên nguyên tắc: Nếu đặt các vật liệurắn, không dẫn điện vào vùng điện trường có tần số cao thì các

nguyên tử, các phân tử của vật đó sẽ bị phân cực Sự phân cựcnày có tần số bằng tần số biến đổi của điện trường và tần sốnày thường rất lớn Đối với sự phân cực có tần số lớn thì sẽ sinh

ra nhiệt ma sát, nhiệt ma sát này tỏa ra trong tòa bộ thể tíchcủa vật nung

Trong lò nung điện môi, vật liệu nung được đặt giữa cácphần của điện cực Các điện cực này có thể tiếp xúc với vậtnung hoặc đặt cách xa vật nung một khoảng nào đó

Hình 1.5: cấu tạo và nguyên lý của lò nung điện môi.

3.4 Lò nung Plasma ( phương pháp plasma ):

a Định nghĩa:

Phương pháp Plasma dựa trên nguyên tắc phát nhiệt Plasma:

đó là sự tỏa nhiệt trong luồn không khí được ion hóa dưới tácdụng của hồ quang điện Do khi bị ion hóa và bị nén trong thểtích không lớn nên mật độ nhiệt rất cao và nhiệt độ đạt được

b Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Cấu trúc của lò cảm ứng plasma là một loại thiết bị nấuchảy mới Nó chủ yếu bao gồm lò cảm ứng và máy phát hồ

quang plasma Thân lò cảm ứng có thể được sử dụng cùng với

lò tần số điện, lò tần số ba và lò tần số trung gian Cấu trúcthân lò được thể hiện trong hình 1 (1) cuộn cảm ứng và nồinấu Cuộn cảm ứng của lò cảm ứng plasma bao gồm một cuộndây để sưởi ấm và một cuộn dây để khuấy Bếp công suất nhỏchỉ có cuộn dây đốt nóng, trong khi bếp công suất lớn có cuộndây khuấy bên cạnh cuộn dây đốt nóng Cấu trúc của cuộn dâycảm ứng giống như của lò cảm ứng thông thường Lò nungđược làm bằng vật liệu giống như lò cảm ứng thông thường,ngoại trừ một cực dương làm mát bằng nước được lắp đặt ởdưới cùng của nồi nấu kim loại (2) nắp lò nung Nắp lò cảm ứngplasma được làm bằng thép tấm đôi có lớp làm mát bằng nước

và vật liệu chịu lửa Có một lỗ ở giữa nắp lò, cho súng plasmavào lò, khe hở giữa súng và vỏ lò, được niêm phong bằng cácsản phẩm amiăng chịu nhiệt Vỏ lò cũng được trang bị mộtphễu cấp liệu, được sử dụng để thêm các yếu tố hợp kim vi mô,các chất khử oxy hóa và dễ dàng oxy hóa ts và phễu được bịtkín bằng nắp Trong quá trình nấu chảy, để quan sát tình hìnhtrong lò, nắp lò cũng được lắp đặt với một thiết bị quan sát tần

số nhấp nháy hoặc bằng một bàn chải của cửa sổ quan sátbằng thủy tinh thạch anh được cung cấp trong phần tiếp xúcgiữa vỏ lò và thân lò (3) Vỏ lò Cấu trúc của vỏ lò được bao kínhoàn toàn Vỏ lò kín, cuộn dây cảm ứng, tất cả được đóng bêntrong Vỏ lò được bao kín hoàn toàn có Ưu điểm của niêmphong tốt, dễ kiểm soát áp suất trong lò và hiệu quả tinh chếtốt Tuy nhiên, loại cấu trúc vỏ lò này phức tạp hơn, cần đặcbiệt chú ý để giải quyết các vấn đề về nước, điện và cách điệncủa vỏ lò, và ảnh hưởng của từ trường xung quanh cuộn dâycảm ứng lên vỏ lò Vỏ lò được bao kín hoàn toàn có thể duy trìhoạt động áp suất dương Vỏ lò nên được chọn ac Theo loạithép và tình hình thực tế (4) lỗ khai thác Cửa thoát thép được

tách ra khỏi khí quyển trong quá trình luyện kim, và cấu trúccủa nó được làm bằng ống thép làm áo khoác, với vật liệu chịulửa bên trong miệng lò, Đầu ra có nắp đậy kín, tháo tấm che để

đổ khi đầu ra thép (5) Cơ chế nghiêng của thân lò Gócnghiêng lò cảm ứng phải lớn hơn 90 °, để thép lỏng Sử dụngthường xuyên hệ thống thủy lực đổ lò, cũng sử dụng thiết bịnghiêng cơ học thông thường (6) thiết bị nâng súng plasmaThiết bị nâng thủy lực thường được sử dụng trong việc nâng và

hạ súng plasma để đảm bảo nâng và hạ thân súng ổn định.( Hình 1.6 )

Hình 1.6: Cấu tạo và nguyên lí làm việc của lò nung điện Plasma.

3.5 Lò nung điện cảm ứng:

Sẽ được trình bày trong phần tiếp theo của báo cáo này

PHẦN II KHÁI QUÁT VỀ LÒ NUNG CẢM ỨNG

VÀ THIẾT KẾ MỘT LÒ NUNG CẢM ỨNG.

Chương I: Khái Quát Cơ Bản Về Lò Nung Cảm

Ứng

1 Định nghĩa lò nung cảm ứng:

Lò nung điện cảm ứng là loại lò điện làm việc trên nguyên

lý cảm ứng điện tử Khi cho dòng xoay chiều chạy qua cuộndây cảm ứng, năng lượng truyền từ nguồn điện tần số quavòng dây cảm ứng biến đổi thành năng lượng trường điện từ.Nhờ năng lượng của trường điện từ mà nguyên vật liệu chứatrong lò (kim loại) sẽ xuất hiện dòng điện xoáy sinh ra lo nungnóng kim loại

Lò cảm ứng thông dụng hiện nay là lò không lõi sắc, loạinày phần lớn dùng để nấu kim loại Đặc điểm của loại lò này là

từ trường cuộn dây cảm ứng được dẫn thẳng vào khối kim loạicần gia nhiệt Tại đây sinh ra dòn điện hổ cảm

Đặc trưng của dây cao tần là có cảm kháng đặc biết lớn

do hiệu ứng bề mặt hổ cảm và chúng phụ thuộc vào tần số,dây dẫn của cuộn cảm trong lò cảm ứng thường là thanh cáiphẳng, ống rỗng làm mát bằng nước Trong các loại lò điện trênthì lò cảm ứng là lò có ưu điểm nổi trội hơn cả

Đại lượng năng lượng được xác định:

+ Độ từ thẩm của kim loại.

+ Cường độ từ trường h

Wnh = H2 I2

Thực tế ta không thể tăng mãi dòng điện để tăng cường độ từtrường vì dây phải rất lớn và quá nóng cho dù được làm mátbằng nước

Ta có tần số cảm ứng được tính như sau:

Wnh => =

cũng tăng Do vậy lò cảm ứng còn được gọi là lò tần số vànguồn cung cấp cho lò cảm ứng là nguồn tần số cao

2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò cảm ứng:

Hình 2.1 : Cấu tạo của lò nung cảm ứng.

b Bộ biến tần:

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số nàythành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.Nói cách khác:

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộndây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc

độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơkhí Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắttuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làmquay rô-to (rotor)

Bộ Biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động

cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần sốcủa lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên

Hình 2.2: Bộ biến tần.

Để thay đổi được tốc độ động cơ chúng ta có 3 phương pháp:

- Thay đổi số cực động cơ P

- Thay đổi hệ số trượt s

- Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào

Và biến tần là thiết bị dùng để thay đổi tần số của nguồn cung cấp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ Qua đó thay đổi tốc độ động cơ theo công thức trên.