nghiên cứu ứng dụng plc s7-200 và biến tần simens vào quá trình nâng hạ địên cực lò hồ quang

Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế do dòng hồ quang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và Rơle dòng điện cực đại.. 2 Tổn hao công suất mạch ngắn AP in

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ngành công

nghiệp luyện kim đóng một vai trò đặc biệt quan trọng Hiện tại ở Việt Nam, trong công nghiệp luyện kim phương pháp luyện thép bằng lò hồ quang được

dùng tương đối phổ biến, với ưu điểm cơ bản là đơn giản, tiện lợi, dễ điều

chỉnh để tạo ra mác thép mong muốn

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 góp phần thúc đẩy sự

phát triển nền công nghiệp nước nhà tiến gần đến các nền công nghiệp tiên

tiến của các nước trên thế giới Sau 5 năm học tập và nghiên cứu tại trường,

em được nhận đề tài tốt nghiệp là: "Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 và

biến tần Simens vào quá trình nâng hạ điên cực lò hồ quang"

Qua thời gian tìm tòi nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của

thay NGUYEN VĨNH THỤY cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn tự động hoá, em đó hoàn thành đề tài được giao

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, em mong được các thầy, cô và các bạn đóng góp ý kiến

dé dé tài được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYÊN

VĨNH THỤY các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành

đồ án được giao

Thai nguyén 09/11/2010

Sinh viên thực hiện

NGUYEN VAN KHUONG

PHẢN I:

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẢU TRANG BỊ ĐIỆN

CHO LÒ HÒ QUANG

A GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LÒ HÒ QUANG

I KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI LÒ HÒ QUANG

+ Theo dòng điện sử dụng: Lò hồ quang một chiều, lò hồ quang xoay chiều

+ Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang:

- Lò nung nóng trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa điện cực và kim

loại đùng để nấu chảy kim loại (hình a)

- Lò nung nóng gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực

được dùng để nâu chảy kim loại (hình b)

+Theo đặc điểm chất liệu vào lò:

- Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại lò này có cơ cấu nâng ván nóc

- Lò chất liệu bên sườn bằng phương pháp thủ công hay máy móc qua cửa lò

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

+ Theo số tấn thép được luyện (theo dung lượng định mức của lò): 0,5; 1, 5;3; 5;12 tấn

+ Theo dung địch nấu luyện: Lò axit, lò bazơ

+ Theo tính chất nấu luyện: Lò hồ quang chân không, lò hồ quang plasma

H- CẤU TẠO CỦA LÒ HÒ QUANG:

* Thiết bị cơ khí lò điện hồ quang:

1 Võ lò:

Vỏ lò cần có độ bền cơ học cao, có khả năng chịu tải trọng của kim loại và

áp lực giãn nở khi nung nóng, vỏ lò thường làm bằng thép tam day 10 + 30mm bằng cách ghép hay hàn Trong vỏ lò có vật liệu chịu lửa, vỏ thân lò thường có đạng hình trụ hình côn hoặc phối hợp trụ côn, đáy vỏ lò có thể là hình cầu, hình thang

2 Cửa lò:

Lò gồm hai cửa, cửa ra xi và cửa ra thép Cửa lò được đóng mở bằng khí

nén thuỷ lực hoặc bằng động cơ điện

3 Cặp điện cực:

Trong lò điện cặp điện cực để giữ điện cực và đẫn dòng điện đến điện cực

Nó gồm có các bộ phận: Mặt đầu, cặp lò xo, khí nén và bàn trượt

4 Nắp lò: Được làm từ thép tắm có đầm vật liệu chịu lửa

5 Máng rót thép: dùng để đưa thép ra ngoài

6 Vành làm chặt: Đề làm giảm khe hở giữa điện cực và lắp lò

7 Thiết bị nghiêng lò: Tuỳ theo dung lượng lò mà chọn kiểu nghiêng lò cho

thích hợp, đám bảo nghiêng lò 40 + 45” về phía rót thép và 10 + 15° về phía

cào xi va chất liệu, có hai kiểu nghiêng lò:

+ Nghiêng lò bên hông: Loại này có ưu điểm là thiết bị đơn giản gọn gàng,

khi mắt điện có thé quay bang tay, tránh được sự bám đính của xỉ và kim loại + Nghiêng lò đặt dưới đắy: Loại này có ưu điểm là quay lò rất vững chắc,

quay êm và đều, có thể tự động điều khiển hoàn toàn Loại này có nhược điểm

la dé rơi xỉ và kim loại vào động cơ điện Công việc bảo quản thiết bị khó

khăn, phức tạp Tất cả các lò có dung tích trung bình và lớn đều có cơ cấu nghiêng lò loại 2

8 Thiết bị cơ khí nâng hạ điện cực:

Bình thường lò điện có 3 điện cực, tương ứng có 3 cơ cấu nâng hạ điện

cực của 3 pha Khi động cơ quay sẽ làm cho tang quay kéo giây cáp, dây cáp

sẽ nâng hoặc hạ điện cực lên hoặc xuống

Trong cơ cấu nâng hạ còn có đối trọng, nhờ có đối trọng mà tốc độ lên của điện cực luôn lớn hơn tốc độ xuống Tuỳ theo loại lò mà tốc độ lên và xuống của điện cực cũng khác nhau:

Đối với lò lớn: Vụy„=l+1,5 m/p'

Vxuéng=0,5 + 0,8 m/p’

Đối với lò nho: Vie=1,5+2 m/p’

Vyudng=1,2 + 1,5 m/p’

* Có hai loại thiết bị nâng hạ điện cực:

+Loại bàn trượt: Loại này thường dùng thích hợp cho lò có dung tích nhỏ

vì thiết bị đơn giản, đễ chế tạo nhưng có nhược điểm là do trụ đứng cần có chiều

cao nhất định nên ảnh hưởng đến sự làm việc chung của cần trục trong phân xưởng

+Loại trụ xếp: Loại này dùng thích hợp cho những lò có dung tích lớn, có

thể hạ thấp chiều cao khi cần thiết, kết cầu chắc chắn nhưng phức tạp

Trong đồ án này em thiết kế lò hồ quang dùng thiết bị nâng hạ điện cực kiểu bàn trượt với sự dẫn động bằng động cơ điện

9 Cơ cấu làm mát cho lò:

Vì trong quá trình nấu luyện kim loại thì nhiệt độ trong và xung quanh lò

đạt rất cao do đó cần phải có thiết bị làm mát để giảm nhiệt độ và tăng tuổi

thọ cho lò Làm nguội bằng nước yêu cầu cần có các bộ phận sau:

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP + Mặt đầu của cặp điện cực

Ngoài ra còn cần làm nguội ở các ống mềm, phần dây cáp Hệ thống bơm

nước làm mát tuần hoàn được thực hiện bằng một động cơ điện, nước được đi vào trong ống rồi tới lò

10 Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao con có cơ cấu nâng quay vòm lò, cơ cấu nạp liệu

Trong các lò hồ quang có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có

chênh nhiệt độ theo độ cao (khoảng 100°C/m) trong điều kiện đó để tăng

cường phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại

trước khi rót Cần phải khuấy trộn kim loại lỏng ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 6T) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí Với lò

dung lượng trung bình(12 + 50}T và đặc biệt lớn(100T và hơn) thì thực hiện bằng thiết bị khuấy để không những giảm lao động vắt vả của thợ nấu mà còn

nâng cao được chất lượng của kim loại nấu Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc tương tự như động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc

III CHE DO NANG LƯỢNG ĐIỆN LÀM VIỆC CỦA LÒ HÒ QUANG

Năng suất lò hồ quang và chi phí năng lượng điện cho một tấn thép ở một mức độ lớn phụ thuộc vào việc định ra chế độ điện trong quá trình nau luyén,

chế độ điện hợp lý thi quá trình nấu luyện sẽ kinh tế Chế độ điện hợp lý có

liên quan đến chế độ nhiệt hợp lý Trong quá trình nấu luyện chế độ nhiệt ở các thời kỳ khác nhau đo đó chế độ điện cũng khác nhau

*, Yêu cầu công suất điện trong quá trình nấu luyện

1.Thời kỳ nấu cháy

Trong thời kỳ này yêu cầu công suất điện đưa vào lò cực đại

Prax = (1,25+ 1,3) Pw với Pạ : là công suất trung binh, Py = (0,7+

0,75)Pam -

Khi mới cho điện vào lò hồ quang cháy trên mặt liệu rắn gần nắp lò Cho

nên ở đầu thời kỳ nấu chảy ( 5 + 10 )phút nên dùng công suất nhỏ hơn công

suất cực đại, sau khi liệu đã bắt đầu chảy thành 3 hố, mới cho phép tăng

dần đến giá trị cực đại Cuối thời kỳ nấu chảy, công suất giảm dần xuống bằng giá trị trung bình

Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò HỌ

2 Thời kỳ oxy hóa:

Tuỳ theo phương pháp luyện mà chọn công suất cho lò cao hay thấp Nấu

luyện có giai đoạn sôi ở đầu thời kỳ oxy hóa cần tạo xỉ nhiều nên yêu cầu

công suất điện phải lớn hoặc bằng công suất trung bình Cuối thời kỳ oxy hóa

khi đã tạo xỉ xong yêu cầu công suất điện nhỏ hơn công suất trung bình

3 Thời kỳ hoàn nguyên

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP Trong thời kỳ này nhiệt độ của kim loại, tường và nắp lò đã cao và tương

đối ổn định, vì vậy công suất điện không lớn lắm nhưng yêu cầu ổn định nghĩa là công suất nhỏ hơn công suất trung bình

Tuỳ theo phương pháp luyện thép và mác thép mà cần chọn chế độ điện cho lò trong thời kỳ hoàn nguyên

IV LUYỆN THÉP TRONG LÒ HÒ QUANG

Vật liệu và chuẩn bị nguyên vật liệu cho mẻ luyện:

Nguyên vật liệu: Nguyên vật liệu chính đề sản xuất thép lò điện là sắt thép

vụn, phế liệu hợp kim, sắt công nghiệp (sắt mềm), gang luyện, chất tạo sỉ, chất khử oxy và hợp kim hoá( phụ gia kim loại) và chất tăng cacbon

1.Sắt thép vụn

- Phế phẩm thép ở các xưởng cơ khí, như phoi bào, phoi tiện

- Phế phâm từ các xưởng đúc như vật liệu đúc hỏng, thép thừa khi đúc

- Đầu thừa ở các xưởng cán

- Các loại thép vụn hư hỏng khác như công cụ lao động, máy móc bị thải,

vũ khí, đường day hư hỏng

2 Phế liệu hợp kim

Dùng để luyện các loại thép hợp kim cùng nguyên tố hợp kim Sử dụng phế liệu hợp kim có một ý nghĩa rất lớn ngoài tac dung nang cao chat lượng của thép mà còn hạ giá thành của thép

gang trong lò điện còn làm nhiệm vụ giúp cho các chất khó chảy khác ( thép

vụn) trở nên dễ chảy hơn

5 Chất tạo xí

Để tạo xỉ trong lò điện hay dùng các chất tạo xỉ sau:

- Đá vôi (CaCO;): Đá vôi cho vào để tạo xỉ có độ kiềm thích hợp nhằm

khử P và S Đá vôi có thể cho vào ở thời kỳ nấu chảy, thời kỳ oxy hóa, và cả

thời kỳ hoàn nguyên, lượng cho vào tuỳ thuộc qúa trình công nghệ Dùng đá

vôi có ưu điểm là độ bền cao, độ ẩm thấp, ít lưu huỳnh

- Vôi: Cũng như đá vôi, vôi cho vào lò đề tạo xỉ có độ kiềm thích hợp

nhằm khử P và S

- Huỳnh thạch: Trong lò điện có tác dụng giảm nhiệt độ chảy của xỉ có

độ kiềm cao

- Cat: & một số nhà máy người ta ít dùng cát với số lượng không lớn lắm

để tạo xi hoàn nguyên

- Bột samot: Bột samôt chứa gần 60% SiO; và 35% AlạO: Bột samot làm vật liệu tạo xỉ khi luyện thép không gi, để làm loãng xỉ manhezit mà nó

được mang vào khi vá lò

6 Chất oxy hóa:

Mục đích cho các chất oxy hóa vào lò đề:

-Tăng lượng oxy trong kim loại, chủ yếu ở thời kỳ nấu chảy và thời kỳ oxy hóa, nhằm mục đích tăng tốc độ khử phôt pho, cacbon, silic và Mangan do đó rút ngắn được thời gian oxy hóa các nguyên tổ trên

-Tăng sự sôi trong nồi lò kim loại, đo đó tạo điều kiện tốt cho việc khử khí

(No, Hp ) va tap chất được triệt đề, ngoài ra sự sôi còn làm cho thành phần và nhiệt

độ kim loại được đồng đều Trong lò điện hay dùng các chất oxy hóa sau:

-Quặng sắt: Là chất oxy hóa rất quan trọng, vì vậy hầu hết các phương pháp luyện thép đều dùng quặng sắt làm chất oxy hóa, lượng quặng sắt dùng

khoảng 40+ 50 kg/ ltấn thép Yêu cầu đối với quặng sắt phải có hàm lượng oxy cao, hàm lượng SiO; và P.O; thấp, khi dùng quặng sắt làm chất oxy hóa

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

có ưu điểm là sắt lắng xâu vào lòng kim và oxy ngay trong lòng kim loại giúp

cho kim loại sôi mạnh, dùng quặng sắt rất kinh tế vì nó rất rẻ mà tăng được lượng sắt Dùng quặng sắt có nhược điểm là lượng xỉ nhiều vì trong quặng sắt ngoai oxit sat ra con c6 SiO», Al,O3 va MnO Do đó tốn vôi để tạo xỉ, nang

lượng điện lớn, công nhân làm việc vắt vả nhất là khi cào xi Đồng thời khi

cho quặng vào làm cho nhiệt độ dễ bị giảm

- Vấy sắt: Vậy sắt lấy từ xưởng rèn, xưởng cán, vấy sắt có ít tạp chất,

nhưng có nhược điểm là nhẹ cho vào lò sắt dễ dàng nồi trên mặt xỉ

- Oxy: Oxy được thối vào lò ở thời kỳ nâu chảy hoặc có khi cả thời kỳ oxy hóa với lưu lượng 20 mỶ/ h, áp suất 9+ 12 at, độ nguyên chất 99,8%

7.Chất khử oxy:

Trong lò điện để khử oxy còn lại trong kim loại lỏng khử các tạp chất có

hại như S và P đồng thời hợp kim hoá thép người ta dùng các chất Ferô - mangan, Ferô - Silic, nhôm

8 Chất tăng cacbon:

Để tăng cacbon người ta dùng vụn điện cực và cốc để khử oxy của xỉ dùng

bột cốc, bồ hóng, than gỗ Vật tăng cacbon rất tốt là bột điện cực vì nó chứa ít

S, có trọng lượng riêng tương đối lớn vì vậy dễ hoà tan với kim loại

B HE THONG ĐIỆN CHO LO HO QUANG

I DIEN CUC:

1 Khai niém:

Dòng điện đi vào khoảng không nóng chảy của lò hồ quang theo các điện

cực Nhờ điện cực mà điện năng biến thành nhiệt năng nấu chảy kim loại, do

đó chất lượng của điện cực và phương pháp dẫn dòng điện đến nó có ý nghĩa

lớn Giá thành điện cực chiếm 10% chỉ phí nấu luyện một tấn thép

2 Phân loại:

Trong lò hồ quang hay dùng 2 loại điện cực:

Điện cực than và điện cực grañt Điện cực than dùng cho lò lớn

Trong quá trình làm việc điện cực thường bị mòn do bị oxy hóa bởi khí lò và

bay hơi do sự cháy của hồ quang do đó điện cực ngắn dần nên cần phải nối

điện cực bằng ren

3 Yêu cầu đối với điện cực:

Độ dẫn điện và độ bền cơ học phải cao, để giảm tổn thất năng lượng điện

và hạn chế sự hư hỏng của điện cực khi làm việc

Nhiệt độ bắt đầu bi oxy hóa ở không khí phải cao đề giảm chỉ phí điện cực

do bị oxy hóa và tăng chất lượng của thép

Tạp chất có trong điện cực phải ít, nhất là tro và lưu huỳnh

Giá thành thấp va dé san xuat

4 Kích thước của điện cực:

Đối với lò nhỏ đường kính điện cực: d=200 + 300mm

Đối với lò trung bình đường kính điện cực: d=400 + 500mm

Đối với lò lớn đường kính điện cực: d=500 + 600mm

Chiều dài của điện cực phụ thuộc vào chiều cao của lò Đường kính của điện cực được xác định theo công thức sau:

0,406.7 ”

d= TC cm

Il HO QUANG ĐIỆN

-Sự gián đọan của hồ quang: Hồ quang có thể sinh ra từ dòng điện một chiều và xoay chiều, nhưng trong lò điện luyện thép hầu hết đều đùng dòng điện xoay chiều Đối vời nguồn xoay chiều do điện áp biến thiên hình sin nên làm cho hồ quang bị gián đoạn

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

- Sự thay đổi của hồ quang: Trong quá trình nấu luyện khoảng cách giữa

điện cực và bề mặt kim loại luôn thay đổi do đó làm cho hồ quang thay đổi

theo

HI GIỚI THIỆU MẠCH LỰC LÒ HÒ QUANG

Trong phân xưởng luyện thép lò điện thường có một biến thế riêng có điện

áp vào là 6, 10, 35KV tuỳ theo công suất của lò mà điện thế của lò 100 + 600V và cường độ dòng điện có thể lên tới I0KA

1 Máy biến thế lò:

Để chuyển năng lượng từ điện thế cao sang điện thế làm việc người ta dùng biến thế lò Máy biến thế của lò làm việc trong điều kiện rất nặng nề nên

nó có đặc điểm sau:

- Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ

cấp rất lớn (tới hàng trăm KA)

Sơ đồ thiết bị của mạch lực lò hồ quang:

3-6-10 KV

CL (77

IMC

2MC

3MC

- Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

- Có khả năng quá tải

- Phải làm mát tốt vì đòng rất lớn, hay xây ra ngắn mạch, biến thế đặt ở nơi kín lại ở gần lò

Công suất biến thế 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 trừ bởi năng lượng

của phản ứng toả nhiệt thì công suất biến thế lò có thê xác định bởi biểu thức

sau:

Ww Sst = =————- (KVA)

BTL Tnc.Ksd.cos ø ( )

Trong đó: Tụ là thời gian nấu chảy (từ lúc dừng lò, giờ)

K là hệ số sử dụng công suất biến thế lò trong giai đoạn nấu chảy

cosọ là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang

W là năng lượng hữu ích và tốn hao nhiệt trong thời kỳ nấu chảy và dừng

lò giữa 2 mẻ nấu (KWh) W = w.G

G là khối lượng kim loại nấu (T)

w là suất chỉ phí điện năng đề nấu chảy (KW/T), suất chi phí điện năng giảm đối với lò có dung lượng lớn, thường w = (400 + 600KWh/T)

Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu cho

đến khi kết thúc việc nấu chảy Thường thì thời gian này từ 1 + 3h tuỳ theo

dung lượng của lò

Hệ số sử dụng công suất biến thé lò thường là 0,8 + 0,9 gay ra do sit dung không đầy đủ công suất biến thế lò, do biến động các thông số của lò, đo hệ

số tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha Hiện nay công suất biến thế lò ngày càng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu

chảy, giảm suất chỉ phí do hạ tổn hao nhiệt Năng suất của lò phụ thuộc vào

dung lượng biến thế lò, giá trị công suất danh nghĩa (dung lượng biến thế) của

lò điện hồ quang theo TOCT 7206-54 như sau: Dung lượng định mức của lò

(T): 0,5; 1,5; 3; 5; 10; 20; 40

Công suất danh nghĩa biến thế (KVA): 400; 100; 1800; 2800; 5000; 9000;

15000

Quận thứ cấp biến thế lò thường được 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 Biến thế 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 máy biến thế động lực

ngắn mạch sự cố Nó được chỉnh định dé không tác động khi ngắn mạch làm

việc Máy cắt 1 MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lực đưới tải, máy cắt 2MC để đóng và cắt cuộn kháng, 3MC và 4MC dùng đề thay đổi nối cuộn sơ cấp MBA đề điều chỉnh điện áp

b Thiết bị đo lường và bảo vệ:

Để lấy tín hiệu từ lưới người ta dùng biến dòng IT¡, biến áp Tu Phía sơ

cấp BAL có đặt Rơle dòng điện cực đại dé tac động lên cuận cắt may cat

1MC Role này có duy trì thời gian, thời gian duy trì này giảm khi bội số quá tải dòng tăng Nhờ vậy IMC cắt mạch lực của lò hồ quang, chỉ khi có ngắn

mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lí được Với

ngắn mạch làm việc trong | thoi gian tương đối ngắn, IMC không cắt mạch

mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo

lường, kiểm tra như: vôn kế, ampe kế, công tơ điện

Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế do dòng

hồ quang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và Rơle dòng điện cực

đại Dòng tác động và thời gian duy trì của Rơle dòng được chọn sao cho khi

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

có ngắn mạch thời gian ngắn bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau

thời gian duy trì của Rơle Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác

(trong khối điều khiển bảo vệ) cũng được nối với máy biến điện áp Tu và các máy biến dòng ITI và 2TI

3 Cuộn điện kháng (K):

Cuộn điện kháng được mắc phía cao thế trước biến thế lò, với mục đích làm cho hồ quang cháy bên hạn chế sự thay đối đột ngột khi chập mạch Cuộn

điện kháng dùng đề hạn chế dòng ngắn mạch khi làm việc không ảnh hưởng

đến lưới Cuộn điện kháng khác với biến thế lò là chỉ có cuộn dây sơ cấp

không có cuộn thứ cấp

Điện kháng của cuộn điện kháng rất lớn so với điện trở của nó, do đó khi

dòng điện qua cuộn điện kháng tổn thất một năng lượng đáng kê do đó người

ta nối cuộn điện kháng song song với máy cắt AMC Khi không cần thiết MC

sẽ cắt mạch đòng điện qua cuộn điện kháng Khi bắt đầu nấu luyện hay xây ra

ngắn mạch làm việc, Lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2AMC 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, ^MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K

ở thời kỳ hoàn nguyên công suất lò yêu cau it hon thi 2MC lai mo ra dé dua 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

hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch là việc do các phần tử cảm kháng

của sơ đồ lò đảm nhiệm Thực tế cuộn điện kháng làm việc rất Ít, khoảng

10+ 15 phút đầu của thời kỳ nấu chảy liệu

4 Bộ phận chuyền đổi điện thế (3 MC, 4MC):

Bộ phận chuyển đổi điện thế để điều chỉnh công suất biến thế lò cho phù hợp với các thời kỳ nấu luyện Nhìn chung có thể chia quá trình nấu luyện ra

làm 2 thời kỳ đựa trên mức độ yêu cầu năng lượng điện khác nhau:

Thời kỳ nấu chảy liệu rắn cần lượng nhiệt lớn đề nấu chảy liệu và dữ nhiệt

độ đó đề tiếp tục các quá trình sau Thời kỳ hoàn nguyên cần lượng nhiệt nhỏ

với mục đích chủ yếu là giữ nhiệt độ kim loại không bị giảm và nấu chảy các vật liệu phụ

Xuất phát từ yêu cầu đó cần thay đổi lượng nhiệt bằng cách thay đối công

suất biến thế lò

Công suất của mạch 3 pha được tính như sau:

P= 42.U.I.Coso Giảm công suất có thể là giảm dòng điện khi điện áp không đổi hoặc giảm điện áp khi dòng điện không đổi Điện thế được thay đổi trong từng thời kỳ như

sau

-Thời kỳ nấu chảy U = 240 + 420V

-Thời kỳ oxy hóa U = 160 + 300V

-Thời kỳ hoàn nguyên U = 110 + 140V(Giá trị lớn được dùng cho lò lớn hơn), mức cao của điện thế trong thời gian nấu chảy có lợi: Giảm thời gian

nấu luyện, nâng cao hiệu suất điện,Cosọ Khi đó sẽ cho phép giảm đường kính của điện cực

Điện thế thứ cấp được thay đổi bằng cách thay đổi cuộn dây sơ cấp, sự

chuyền đổi cuộn dây sơ cấp từ tam giác sang sao cho phép giảm điện thế thứ cấp xuống +/3 lần và như vậy công suất cũng giảm 3 lan

5 Mạch ngắn

Mạch ngắn là dây dẫn dòng điện từ cuộn dây thứ cấp của máy biến thế lò

đến điện cực, nó có dòng điện làm việc rất lớn tới hàng trăm nghìn A

2

Tổn hao công suất mạch ngắn AP inn = Ímn -fmn đạt tới 70% toàn bộ tốn hao

trong toàn bộ thiết bị lò hồ quang, do vậy yêu cầu cơ bản của mạch ngắn là

phải ngắn nhất trong điều kiện có thê (biến thế lò phải đặt rất gần lò) để giảm

bớt tốn hao, đồng thời mạch ngắn được ghép từ các tắm đồng lá thành các

thanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống các điện cực

Có thể chia mạch ngắn ra làm 3 phần như sau:

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

-Thanh dẫn từ máy biến thế lò đến dây dẫn ở sau tường của phòng đặt máy biến thế lò

-Dây cáp mềm từ tường đến ống mềm của bộ phận điện cực

-Thanh dẫn điện từ cuối đoạn cáp mềm đến vành ôm điện cực

-Phần đây cáp mềm rất cần thiết khi nghiêng lò và nâng hạ điện cực, chiều đài của đoạn này làm sao có thể đảm bảo ngiêng lò 45” đề rót thép

Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng rạạ và Xụn giữa các pha

để có các thông số điện (công suất, điện áp,đòng điện) như nhau của các hồ quang Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa 2 pha bất kỳ

sẽ bằng nhau và sức điện động hỗ cảm sẽ bằng không Trường hợp nếu

khoảng cách giữa các pha không như nhau, hỗ cảm giữa các pha sẽ khác

nhau, trong một pha nào đó sẽ suất hiện một sức điện động phụ ngược chiều

dòng điện trong pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó Kết quả là pha này như thẻ tăng điện trở tác dụng, gây ra một tốn 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 của pha này tăng nên Hiện tượng trên gây ra sự mất đối xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân

bố công suất không đồng đều giữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mắt đối xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn

Chống hiện tượng trên bằng cách phân bó đối xứng về mặt hình học và về

mặt điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặt ở 3 đỉnh của một tam giác đều Với lò dung lượng 10 tấn thì mạch ngắn được nối theo sơ đồ tam giác (hình

a).Thiếu sót của cách này là sự không đối xứng của các dây dẫn chuyền dòng

tới các điện cực không được bù trừ

Sơ đồ mạch ngắn

Với các lò dung lượng lớn mạch ngắn thường được nối tam giác ở các điện

cực (hình b) Hai bên mỗi cần giữ điện cực có đặt hai dây dẫn đòng pha cách điện nhau, ở sơ đồ này thì 2 pha có các dây dẫn dòng từ đầu đầu và đầu cuối

tới 2 điện cực kề sát nhau tạo ra hệ 2 dây, còn pha thứ 3 dẫn dòng tới hai cần

giữ ngoài cùng sẽ không có tính chất của hệ hai dây Tính không đối xứng của

mạch ngắn đã giảm nhiều nhưng chưa hoàn toàn Sơ đồ (hình c) thực hiện dẫn

dòng hệ 2 dây cho cả 3 pha nhờ thêm cần phụ mang dây đầu cuối pha 3 tới

điện cực I vòng qua điện cực 3 Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 được dich

chuyên đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học Sơ đồ này giảm tính không đối xứng của mạch ngắn xuông đên mức tôi thiêu

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

thế bé, điện cực nhỏ Đối với những lò điện luyện thép 3 pha điện cực bố trí thắng đứng, chế độ điện luôn thay đổi, hồ quang cháy mãnh liệt,công suất

máy biến thế lò lớn, trong trường hợp này không điều chỉnh bằng tay được mà phải được tự động điều chỉnh bằng máy riêng với độ chính xác cao

7 Một số thiết bị điện phụ khác

- Ngoài thiết bị 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, các tú điện động lực và điều khiển, bàn điều khiển, hệ thống đèn báo nút bấm

c CAC YEU CAU DOI VOI SO DO DIEU CHINH

I NHIEM VU CUA HE THONG NANG HA DIEN CUC LO HO QUANG

Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ diều chỉnh luyện luyện nâng cao năng xuất lò giảm suất chỉ phí năng lượng giảm thấp cacbon cho kim loại, nâng cao chất lượng thép, giảm đao động công suất khi nâu chảy,

cái thiện điều kiện lao động

Chất lượng thép nấu luyện phụ thuôc vào công suất cấp và sự phân bố

nhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò

Diéu kiện công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện

áp ra của BAL hoặc bằng sự địch chuyền điện cực đã thay đổi chiều dai hồ

quang và như thế sẽ thay đổi được điện áp hồ quang, dòng hồ quang và công suất tác dụng của lò hồ quang

Il CHE DO BAO VE CUA LO HO QUANG

Trong quá trình nấu luyện lò hồ quang thường xẩy ra các sự cố:

- Ngắn mạch làm việc

- Ngan mạch sự cố

- Mắt hồ quang của I, 2 hay 3 pha

- Khi xây ra sự cố yêu cầu công nghệ của lò phải được trang bị các thiết bị

bảo vệ để tự loại trừ nhanh sự cố hoặc phải cắt điện cung cấp cho lò

1 Ngắn mạch làm việc:

Ngắn mạch làm việc thường xây ra trong giai đoạn nâu chây kim loại bởi

vì trong giai đoạn này có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của hồ

quang Chắng hạn như khi nạp liệu vào lò thường có các khe hở nên khi kim

loại chẩy xuống đưới đáy lò gây mắt hồ quang do đó điện cực phải hạ xuống

để môi lại hồ quang, khi mỗi hồ quang sẽ gây ra hiện tượng ngắn mạch làm việc trong giai đoạn này Khi xẩy ra ngắn mạch thì hệ thông phải tự loại trừ

sự cố mà không làm cho các thiết bị bảo vệ tác động, đồng thời phải đuy trì

được hồ quang sau khi loại trừ được sự có ngắn mạch làm việc, thời gian cho

phép của một lần ngắn mạch làm việc là từ 2z3(s)

2 Ngắn mạch sự có:

Ngắn mạch sự cố thường xây ra trong giai đoạn nung nóng liệu và nấu

chảy kim loại Nguyên nhân chủ yếu là đo sụt liệu, lúc này điện cực bị các

thỏi kim loại chèn vào gây ngắn mạch sự cố Khi xây ra hiện tượng ngắn

mạch sự cô các khâu phản hồi trong mạch phải tác động nâng nhanh điện cực lên để loại trừ ngắn mạch sự cố Để đề phòng cho trường hợp điện cực bị kim

loại chèn quá chặt, các khâu phản hồi đã tác động nhưng không nâng được

điện cực lên, trong hệ thống phải được đặt các dòng điện cực đại để tác động lên

cuộn cắt của máy cắt, cắt mạch lực của hồ quang ra khỏi lưới, rơ le này có đuy

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

trì thời gian Thời gian này giảm khi bội số quá tải dòng tăng, vì vậy hệ thống sẽ

ngừng làm việc khi có ngắn mạch sự cố và khi có ngắn mạch làm việc kéo dài

mà không xử lý được

3 Mắt điện trong khi làm việc:

- Trong lò hồ quang dùng hai loại điện cực là điện cực bằng than và bằng

grafit trong quá trình làm việc điện cực thường hay bi mòn do bị oxy hoá bởi khí lò và bay hơi do sự cháy của hồ quang Do đó điện cực ngắn dần việc này dẫn đến trường hợp điện cực của một pha nào đấy bị cụt gây mắt một pha Khi một pha bị mắt thì dòng điện trong pha đó cũng thay đổi dẫn theo sự phá

huý hồ quang của các pha còn lại Điện cực của các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thé bi dich chuyén Để đảm bảo chế độ làm việc của các pha khác thì mỗi pha cần một hệ thống dịch chuyên điện cực riêng

- Khi điện cực bị cụt gây ra hiện tượng mat pha, hé thống được trang bị

các thiết bị để đo và kiểm tra đồng thời đưa tín hiệu này về cắt toàn bộ mạch

lực của lò hồ quang, đề tiến hành nối và tiến hành thay điện cực

II PHƯƠNG PHÁP THỰC HIEN NHIEM VU CUA HE THONG

NANG HA DIEN CUC LO HO QUANG

Về nguyên tắc duy trì công suất lò hồ quang có thể thông qua việc duy trì một trong các thông số sau:

Dòng điện hồ quang la, điện áp hồ quang Ung: ti số giữa điện áp và đòng

hạ

hồ quang Zig=

hg

Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đổi Inq = Const sé khong mồi

hồ quang tự động được Ngoài ra dòng trong một pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo dòng của hai pha còn lại

Ví dụ khi hồ quang một pha bị đứt thì lò hồ quang làm việc như phụ tải

một pha và hai pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây Lúc đó các bộ điều chỉnh

hai pha còn lại tiến hành hạ điện cực mặc đù không cần điều đó Các bộ điều

chỉnh loại này chỉ dùng cho lò hồ quang chân không

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi (U¡a¿=const) có khó khăn trong việc đo thông số này, cuộn dây do được nối giữa thân kim loại và thanh cái BAL Do vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự thay đối dòng của một pha sẻ ảnh hưởng tới hai pha còn lại

Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì:

U,

Z hồ quang” — — =COnSt

hq

Thông qua hiệu số hiệu chỉnh đòng và áp:

8 lhà quang~Ð Uhỏ quang—Ð lhỏ quang(ZZohỏ quang~Zhỏ quang) (®)

Trong đó: a và b là các hệ số các máy biến áp đo lường và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đôi bằng tay khi chỉnh định)

ZZohò quang VỀ Znò quang Bid tri đặt và giá tri tổng trở của hồ quang

Từ (*) suy ra Oo ig TƯ bly, =Zond quang-Znd quang—AZn8 quang

Vậy điều chỉnh thực hiện theo chế độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá

trị đặt Phương pháp này để mồi hồ quang, duy trì được công suất, ít chịu ảnh hưởng của của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha trong mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang đòi hỏi công suất nhất

định, mà công suất này lại phụ thuộc chiều dài ngọn lửa hồ quang Như vậy

điều chỉnh dịch điện cực là điều chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang, do đó

điều chỉnh được công suất lò hồ quang Đó là nhiệm vụ chính của các bộ điều chỉnh tự động dịch cực lò hồ quang

Iv CAC YEU CAU DE RA CHO MOT BO DIEU CHINH CONG SUAT

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

bộ điều chính không vượt 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 (1,5+3)s Điều đó sẻ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm thấu cacbon của kim loại Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá hai lần trong giai đoạn nấu chảy Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch chuyển nhanh 2,5+3 m/phút trong giai đoạn nâu chảy Dòng điện

hồ quang lệch càng xa giá trị 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, hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng Yêu cầu này càng cần thiết đối với lò hồ quang 3 pha không dây trung tính Chế độ

hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ chế độ hồ quang

- Tự động môi hồ quang khi bắt đầu làm việc và khi bị đứt hồ quang Khi

ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang

- Dừng mọi điện cực khi mắt điện lưới

Phan II:

PHAN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYÈN ĐỘNG

I-GIỚI THIỆU CHUNG:

Hiện nay đang còn song song sử dụng hai loaj hệ truyền động nâng hạ điện

cực cho lò hồ quang đó là:

-Hệ thống sử dụng động cơ điện một chiều

-Hệ thống sử dụng động cơ xoay chiều

Mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm riêng Sau đây ta sẽ đi phân tích

để lựa chọn phương án hợp lý cho hệ thống

I- PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYÈN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HÒ QUANG

1 Phương án nâng hạ điện cực dùng động cơ một chiều (hệ T-D)

Sơ đồ này sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristor mắc theo sơ đồ

tỉa 3 pha mắc song song ngược

Sơ đồ nguyên lý một pha như hình vẽ (trang bên):

Gvhd: Nguyễn Vĩnh Thụy 29 SVTK: Nguyễn Văn Khương

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

Sơ đồ nguyên lý một pha hệ T-D

Giới thiệu sơ đồ:

BAI, BA2: các máy biến áp tín hiệu dòng áp hồ quang

CLI, CI2: các chỉnh lưu đi ốt

KN: khối không nhạy

KĐ: khối khuếch đại :khuếch đại tín hiệu điều khiển

NĐK: nguồn điều khiển, đưa các tín hiệu điều khiển tới các khâu phát

xung XP1, XP2 để điều chỉnh góc mở tiristor

Ng: Khối nguồn, nguồn nuôi cho khối khuếch đại

Ta thấy rằng tốc độ động cơ được quyết định bởi hiệu số của tín hiệu ra

khối KN và tín hiệu phản hồi âm điện áp

Điốt ổn áp 4VD được đưa vào nhằm mục đích tạo chế độ rơ le trên đặc tính (trên đoạn đặc tính động cơ quay theo chiều nâng điện cực)

Khi tín hiệu điện áp lấy trên BAI,BA2 tức là tín hiệu tỉ lệ với dòng điện và điện áp hồ quang được đưa vào các bộ khuếch đại chỉnh lưu CL1,CL2 ma

thay đối ta có

Khi dòng hồ quang Ihq mà thay đối (dòng điện hồ quang phía sơ cấp may

biến áp lò) Dẫn đến các tín hiệu trên thay đổi theo(tăng) do dòng hồ quang

tăng Các tín hiệu này được đưa vào khối không nhạy và đưa sang khối

khuếch đại KĐÐ Khối khuếch đại sẽ khuếch đại lên và đưa sang khối nguồn

điều khiển NĐK Nguồn điều khiển sẽ tạo ra điện áp điều khiển đưa sang khối

phát xung XPIvà làm cho góc mở thay đổi dẫn đến làm điện áp chỉnh lưu

tăng và dẫn đến động cơ quay thuận với tốc độ tăng dần và điện cực sẽ được

nâng lên và dẫn đến dòng điện hồ quang lại được điều chỉnh giảm dần về giá

trị định mức thì động cơ sẽ ngừng quay

Tương tự như trên khi dòng hồ quang giảm nhỏ hơn giá trị định mức lúc

đó tín hiệu điều khiển ở khối nguồn điều khiển sẽ làm cho khối phát xung

XP2 làm việc và động cơ sẽ được điều khiển quay theo chiều ngược lại dẫn đến điện cực hạ dần xuống và dẫn đến dòng hồ quang tăng dần đến giá trị

định mức thì động cơ dừng

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

Khi xảy ra ngắn mạch làm việc thì khối nguồn điều khiển sẽ đưa ra một

tín hiệu điều khiển sang khối phát xung XPI và dẫn đến điện áp ra của bộ

chỉnh lưu là lớn nhất và tốc độ động cơ là lớn nhất, do đó ngắn mạch làm việc

Ở vùng thay đổi nhỏ của dòng điện hồ quang thì tốc độ nâng tỷ lệ với số

gia Alhq%( doan albl ) ở vùng thay đổi lớn thì tốc độ nâng nhảy vọt, chế độ

ro le đạt được nhờ ồn áp 4VD trong mạch phản hồi âm điện áp

Nhận xét :

*Ưu điểm:

- Hệ thống này đáp ứng đầy đủ các công nghệ lò hồ quang

- Có thể loại trừ nhanh sự cố ngắn mạch làm việc và đứt hồ quang Khi

đứt hồ quang lò có thể tự môi lại

- Không tác động khi có sai lệch nhỏ do đó loại trừ được hiện tượng quá

điều chỉnh

- Sau khi sai lệch bị trừ khử, tín hiệu sai lệch nhỏ hơn vùng không nhậy

sẽ không còn và dưới tác động của phản hồi sẽ xảy ra quá trình hãm điện (HTS)

2 Phương án dùng động cơ xoay chiều:

Ta xét Hệ thống nâng hạ điện cực lò hồ quang dùng động cơ xoay chiều

điều khiến bằng PLC ghép nối biến tần:

Sơ đồ khối của hệ thống như hình vẽ (trang bên):

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP

SƠ ĐÒ KHÓI CỦA MẠCH

Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhờ sự điều khiển của PLC ghép nối

biến tần và nhờ hộp giảm tốc, dây cáp, con lăn, đối trọng

Ta có quá trình nâng hạ điện cực như sau:

Khi than điện cực tiếp xúc vơi kim loại sẽ sinh ra hồ quang nhờ ngắn mạch

giữa điện cực và kim loại Tín hiệu dòng áp của hồ quang sẽ được qua bộ chuyền đổi khuyếch đại rồi chuyển vào PLC xử lý, kết hợp với phần mềm và

các luật điều khiển sẽ đưa tín hiệu sang biến tần và biển tần sẽ biến đổi tín

hiệu và điều khiến động cơ sao cho thoả mãn công nghệ lò hồ quang

- Ưu điểm cúa hệ thống:

+ Thoả mãn mọi yêu cầu công nghệ lò hồ quang

+ Dễ dàng tự động hoá hoàn toàn

+ Làm việc chắc chắn an toàn

+ Khi thay đổi công nghệ chỉ cần thay đổi phần mềm

+ Lắp đặt chiếm ít không gian

- Nhược điểm:

+ Giá thành đầu tư ban đầu lớn nên chỉ phù hợp với quy mô sản xuất lớn

và cho công nghệ cao

3 Kêt luận:

Qua phân tích các phương án trên ta chọn hệ thống nâng hạ điện cực dùng động cơ điện xoay chiều ro to lòng sóc điều khiển bằng PLC ghép nối biến tần vì hệ thống này có nhiều ưu điểm phù hợp và đáp ứng đươc yêu cầu công

nghệ lò hồ quang

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

Phan III:

PHUONG PHAP DIEU CHE DQ RONG XUNG VA

PHUONG PHAP DIEU CHE VECTOR KHONG GIAN

TRONG BIEN TAN NGUON AP

Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiéu sin

chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ tỷ lệ với biên độ điện ra nghịch lưu

Tín hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu răng cưa có tần số lớn hơn rất nhiều tần số của tín hiệu sin chuẩn Giao điểm của hai tín hiệu này xác định thời điểm đóng mở van công suất Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay

đổi theo từng chu kỳ

Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung

(vi là thành phần sin cơ bản, vị là điện một chiều vào bộ nghịch lưu, vụ là điện áp ra)

Trong quỏ trỡnh điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng

cực

Có hai phương pháp điều chế cơ bản là:

-_ Điều chế theo phương phỏp sin PWM (SPWM)

- _ Điều chế vectơ không gian

I Điều chế theo phương pháp SPWM

Dé tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác v; (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn v, (gọi là tín hiệu điều khiến) Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ

nghích lưu một pha, thd ở ngừ ra sẽ thu được dạng xung điện áp mà thành

phần điều hũa cơ bản có tần số bằng tần số tín hiệu điều khiển v„ và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cấp cho bộ nghịch lưu và tỷ số giữa biên

độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang Tần số sóng mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiến Hỡnh 3-1.1 miờu tả nguyờn lý của của phương

pháp điều chế SPWM một pha:

Vee Mi controt SAPD ppb t

Ve > Vii, Vio = Vacl/2

Ve < tri, Vso = -Vac/2

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

Đối với nghịch lưu áp ba pha có sơ đồ như hỡnh 3-1.2 để tạo ra điện ap sin

ba pha dạng điều chế độ rộng xung ta cần ba tớn hiệu sin mẫu

Hình 3-1.3 : Nguyên lý điều chế SPWM ba pha

Hệ số điều chế biên độ m, được định nghĩa là tỷ số giữa biên độ của tín

hiệu điêu khiên với biên độ của sóng mang:

mạ: Hệ số điều biến

V,: Biên độ sóng điều khiển

Vii : Biên độ sóng mang

Trong vựng tuyến tớnh (0< m;< 1) biên độ của thành phần sin cơ bản Vạo¡

(điện áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức:

Như vậy trong phương pháp này biên độ điện áp dây đầu ra bộ nghịch lưu

chỉ có thể đạt 86,67% điện áp một chiều đầu vào trong vùng tuyến tính (0 <

f, - tấn số tín hiệu điều khiển

Giá trị của m; được chọn sao cho nên có giá trị đương và lẻ Nếu m; là

một giá trị không nguyên thể trong dạng súng đầu ra sẽ có các thành phần

điều hũa phụ (subharmonic) Nếu my không phải là một số lẻ, trong dạng sóng

dau ra sé ton tại thành phần một chiều và các hài bậc chẵn Giá trị của m; nên

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

là bội số của 3 đối nghịch lưu áp ba pha vỡ trong điện áp dây đầu ra sẽ triệt

tiêu cdc hai bac ch&n va hài là bội số của ba

Như vậy, nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, dé điều chỉnh biên độ

và tần số của điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sin chuan v, Đặc trưng cơ bản của phương pháp này là thành phần sóng

điều hũa của điện áp ra Muốn giảm các sóng điều hũa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang hay tần số PWM Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thỡ tốn hao chuyển mạch lại tăng lên

II Phương pháp điều chế vectơ không gian (SVPWM)

Phương pháp điều chế vectơ không gian khác với các phương pháp điều

chế độ rộng xung khác Với phương pháp điều chế PWM khác, bộ nghịch lưu được xem như ba bộ biến đổi đây kéo riêng biệt với ba điện áp pha độc lập

nhau Đối với phương pháp điều chế vectơ không gian, bộ nghịch lưu được

xem như một khối duy nhất với 8 trang thái đóng ngắt từ 0 đến 7

1 Véc tơ không gian của các đại lượng 3 pha

a Xây dựng véc tơ không gian

Động cơ đồng bộ hay không đồng bộ đều có ba cuộn dây với đòng điện ba pha bố trí như sau

H3-2.1

Trong đó 3 dòng điện iu ¡ „„ ¡ „„ là 3 dòng chảy từ lưới qua đấu nối vào

động cơ Khi chạy động cơ bằng biến tần thì đó là 3 dòng ở đầu ra của biến tần, 3 dòng đó thoả mãn phương trình:

Và từng dòng điện đó thoả mãn công thức sau:

isu =| is] COS(@t)

iy =| ig] cos(@ t +120°) (2.2)

igw =| ig] COS(w@ t +240°)

Trên mặt phẳng cơ học động cơ xoay chiều 3 pha có 3 cuộn đây đặt lệch nhau một góc 120° Nếu trên mặt phẳng cắt đó ta thiết lập một hệ toạ độ phức

với trục thực đi qua cuộn dây a của động cơ ta có thể xây dựng véc tơ không

gian sau đây: i,(t) = 5 Lin) + ig(t).2? + igy(t).274°] = | ig.el ”

(2.3)

Theo công thức trên thi véc tơ i„(t) là một véc tơ có modul không đổi quay

trên mặt phẳng phức với tốc độ góc ø = 2II.f; và tạo ra một trục thực một góc pha z = ø;(£) Trong đó ø; là tần số mạch stator Việc xây dung véc to i,(t)

được mô tả trong hình sau

H3-2.2: Thiết lập véc tơ không gian từ các đại lượng pha

Qua hình vẽ ta thấy dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của véc tơ

mới thu được lên trục của cuộn dây pha tương ứng Ta đặt tên cho trục thực

có mặt phăng phức là ø và trục ảo là /, hình chiếu của véc tơ dòng xuống hai trục đó là I;„, và 1; Ø

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

H3-2.3 Biểu diễn dòng stator dưới dạng véc tơ không gian với các phần tử

1sz„ 1s/g, và thuộc hệ toạ độ stator cố định

Dễ dàng nhận thấy rằng ¡ „và ¡„ là hai dòng hình sin do đó ta có thể hình

dung ra một động cơ điện tương ứng với hai cuộn dây có định z,/Ø thay thé

cho 3 cuộn dây u, v, w Hệ toạ độ này là hệ toạ độ stator cố định ta có:

Trên cơ sở công thức (2.1) kèm theo điều kiện điểm trung tính của 3 cuộn dây không nối đất ta chỉ cần đo 2 trong 3 dòng điện stator là đã có đầy đủ thông tin về i,(Ð) với các thành phan trong công thức (2.4)

Tương tự với các véc tơ dòng sftator, các véc tơ điện ap stator Us, dòng

rotor i,, tir thong stator W., từ thông rotor w, đều có thê biểu diễn bằng các

phần tử thuộc hệ toạ độ stator có định

b Chuyến hệ toạ độ cho véc tơ không gian

Mục đích của ta ở đây là đưa cách quan sát các đại lượng véc tơ trên hệ toạ

độ stator có địnhz,/ sang hệ toạ độ xy nào đó quay đồng bộ với từ thông

stator

Ta xét hệ toạ độ tổng quát xy và hệ toạ độ x`y` có chung điểm gốc và nằm lệch đi 1 góc v` so với hệ xy

Quan sát véc to v bat kỳ ta thu được

- Trên hệ xy: w=x+jjy

^ ^ * So +

- Trên hỆx y :v =x +jy

H3-2.4 Chuyền hệ toạ độ cho véc tơ không gian bắt kỳ

Từ hình vẽ và qua vài biến đổi ta có công thức chuyên đổi hệ toa độ như sau:

Từ đó ta thay hai hé toa d6 x"y" và xy được coi là hai hệ toạ độ có định hay

nói cách khác góc v` được coi là không đổi Nhưng trong thực tế v* có thể là một góc biến thiên với tốc độ góc ø” -— Trong trường hợp ấy hệ toạ độ

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

Giả sử ta quan sát một động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc đang quay

với vận tốc goc w= * trong do v 1a goc tao boi truc rotor va truc quay cudn

It dây pha u Hình vẽ biểu diễn hai véc to dong stator i, va tir théng rotor ,

với môdul và một góc pha bắt kỳ

cuộn dây pha w

H3-2.5 : Biểu diễn véc tơ không gian trên hệ toạ độ từ thông

dv, Véc tơ từ thông W, quay với tốc độ góc œ, =2, = ch

Trong đó f, 1a tần số mạch điện stator

Từ hình vẽ (H3-2.5) ta thấy ø #ø, sự chênh lệch đó tạo nên dòng điện rotor

với tần số f; dòng điện đó cũng có thể biểu điễn đưới đạng véc tơ ¡, với tốc độ

goc w =2ILf.va gốc trùng với gốc của hệ toạ độ z,/ và đặt tên cho trục mới

là dq ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ toạ độ mới định nghĩa là một hệ toạ độ

quay xung quanh điểm gốc chung với tốc độ góc ø, với véc tơ i, có các phần

tử mới 1a igg VA ig

Để dễ nhận biết được véc tơ đang quan sát ở hệ toạ độ nào ta quy ước thêm hai chỉ số mới được viết bên phải trên cao: f thay cho hé toa d6 dq va s thay cho hệ toạ độ a@,f ta sẽ có:

Ưu điểm của hệ toạ độ mới là do các véc tơ ¡, và W„ cũng như bản thân hệ

toạ độ dq quay đồng bộ với nhau với tốc độ góc ø, quanh điểm gốc, các phần

tử của véc tơ (1a, 1q) là các đại lượng một chiều Trong chế độ vận hành xác

lập các phần tử thậm chí có thể là không đổi Quá trình quá độ chúng có thể

biến thiên theo một thuật toán đã định trước

Khó khăn thực tiễn của việc tính i¿avà 1a là việc xác định góc v,, trong

trường hợp động cơ đồng bộ góc đó được xác định dễ dàng bằng thiết bi do

tốc độ vòng quay (máy phát xung kèm vạch o, resolver) Trường hợp động cơ

không đồng bộ góc v, được tạo nên bởi tốc độ góc œ, =œ+ø,„ „ trong đó chỉ

có ø là có thể đo được ngược lại ø, =21II.ƒ, với f, là tần số mạch rotor ta