Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động

Thường sử dụng các loại nh lò điện hồ quang xoaychiều AC - EAF, lò điện hồ quang một chiều DC - EAF để sản xuất thépcacbon chất lượng, thép hợp kim thấp, trung bình và cao với sản lượng

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ LÒ HỒ QUANG

Trước kia các ngành công nghiệp chưa được phát triển nhất là ngànhluyện kim và ngành chế tạo máy, nên vấn đề về chất lượng thép và hợp kimchưa được quan tâm đúng mức Vào thế kỷ 20 nền công nghiệp ngày càngphát triển mạnh trên toàn thế giới là ngành luyện thép và hợp kim ngành chếtạo máy, ngành điện lực, ngành điện tử… đang trên đà phát triển cả về sảnlượng và chất lượng của sản phẩm Do yêu cầu về điều kiện kỹ thuật mới, sắtthép thông thường như trước không thỏa mãn với các dụng cụ, máy móc, thiết

bị tối tân vì ở đây đòi hỏi chúng ta phải làm việc trong một điều kiện nhiệt độ

và áp suất cao chống được ăn mòn hóa học, chống được bào mòn cơ học,chống được nóng, gỉ… do đó đòi hỏi phải sản xuất ra các chủng loại thép vàhợp kim có tính năng đặc biệt như độ bền cơ học cao, độ bền chống ăn mòncủa môi trường axit, chống mài mòn va đập… Đặc biệt cần phải sản xuất cácloại thép có tính đàn hồi cao, tính nhiễm từ tốt, có tính chống nhiễm từ cao

Do các tính chất đặc biệt trên nên thép được sản xuất ra từ lò thổi không khí,

lò Besmer, lò Mactin (lò bằng) không thể đáp ứng được nữa mà phải nấuluyện trong các lò điện, do vậy phương pháp luyện thép trong lò điện là mộtcông nghệ mới và hiện đại Để luyện thép và hợp kim trong lò điện người tatận dụng điện năng biến thành nhiệt năng dưới hồ quang, cảm ứng điện từ,điện trở và lò plasma Thường sử dụng các loại nh lò điện hồ quang xoaychiều (AC - EAF), lò điện hồ quang một chiều (DC - EAF) để sản xuất thépcacbon chất lượng, thép hợp kim thấp, trung bình và cao với sản lượng lớn.Nhờ nhiệt độ của lò cao nên có thể luyện được các loại thép hợp kim có chứacác nguyên tố có nhiệt độ nóng chảy cao như Vonfram, Molipden và tạp ra xỉlỏng hoạt tính với hàm lượng vôi cao có khả năng khử hoàn toàn Photpho vàlưu huỳnh trong thép

1.1 Giới thiệu chung về nấu luyện thép

Nguyên liệu để sản xuất thép trong lò điện cũng giống nh ở trong các

lò kiểu cũ nhưng vật liệu làm phụ gia và vật liệu hợp kim thì khác hơn Tùytheo chất lượng phế liệu (sắt thép vụn, gang…) và tùy theo mác thép yêu cầu

mà áp dụng công nghệ nấu luyện phù hợp Thông thường có 2 phương áncông nghệ: Phương án nấu lại và phương án nấu có giai đoạn ooxxi hóa(phương án nấu đi)

Khi có sẵn sắt thép phế liệu có chất lượng cao, đặc biệt %C, %P, %D

và %S nằm trong giới hạn của mác thép yêu cầu nấu luyện và những loại phếthép hợp kim, tuổi thọ lò cao Thông thường dùng phương án này để nấuluyện thép trong lò hồ quang tính axit Còn vật liệu kim loại có thành phầnđộng lớn, có nhiều chất bản, có nhiều gỉ… Thao tác nấu luyện theo phương

án này phức tạp hơn nhiều, phải tạo sỉ và tháo sỉ nhiều lần, phải tăng tốc độoxi hóa các tạp chất

Do giá thành năng lượng điện cao nên lò điện hồ quang chỉ dùng đểluyện thép có chất lượng cao từ thép vụn và một lượng nhỏ gang thỏi hoặcdùng để luyện lại phế liệu của thép hợp kim với chất phụ gia đắt tiền Nguyênliệu để luyện thép trong lò điện phải chứa (5 - 6)%Các bon, lượng các bon đólớn hơn lượng các bon chứa trong thép khi đã luyện xong Đáy lò điện đượcxây bằng gạch magie cho nên tính ưu việt của lò là có thể luyện thép từnguyên liệu chứa phôt pho và lưu huỳnh Quá trình sản xuất thép chất lượngcao với việc oxi hóa các bon của liệu tương tự như quá trình luyện thép vụncủa lò mác tanh nghĩa là nó cũng bao gồm các giai đoạn nạp liệu, nấu chảy,sôi khử và tinh luyện

Sau khi kết thúc nạp liệu, các điện cực được hạ sát với nguyên liệu vàkhi đóng điện sẽ xuất hiện hồ quang giữa các điện cực và kim loại làm nóngchảy nguyên liệu Việc nấu chảy kim loại bắt đầu tiến hành ở trong vùng cónhiệt độ cao tức là ở dưới các điện cực Trong quá trình nấu chảy sẽ xảy raquá trình oxi hóa sắt, silic, mangan và các tạp chất khác có trong nguyên liệu.Các oxit vừa được tạo thành khi tác dụng tương hỗ với chất trợ chảy (trợ

dung) sẽ tạo thành xỉ lỏng hoạt tính Ở giai đoạn này người ta cho thêm vôi,quặng sắt tức là ra những điều kiện đủ để chuyển hóa phôt pho từ kim loạisang xỉ lò.

Trong giai đoạn nấu chảy này cũng hình thành một lớp kim loại vàmột lớp xỉ sau khi giữ nhiệt cho kim loại một thời gian ở dưới lớp xỉ thì xỉđược tháo ra khi quay nghiêng lò về phía cửa nạp liệu, khi đó hàm lượng cácbon trong thép chỉ còn khoảng 0,5 ữ 0,6% sẽ tham gia vào giai đoạn sôi Mụctiêu của giai đoạn sôi là để khử các bon đạt đến định mức, khi bắt đầu giaiđoạn này phải sắc thêm nôi một lần nữa để nâng nhiệt độ lên đến cực đạinhằm tạo ra xỉ và nhờ đó sẽ xảy ra phản ứng oxi hóa các bon và phần còn lạicủa phôt pho, silic

Khi điều khiển tốc độ cháy hoàn toàn của các bon, hàm lượng trongthép có thể đạt từ 0,02 ữ 0,03 % (thấp hơn so với định mức yêu cầu) Sau lầnnạp mẻ quặng sắt này thì ngừng lại, duy trì dòng điện một thời gian ngắn nữa

và sau đó tháo xỉ oxy hóa ra ngoài

Giai đonạ luyện cuối cùng có tên gọi là tinh luyện, nó được hoànthành nhờ môi trường hoàn nguyên của lò và đây cũng là giai đoạn quan trọngnhất của quá trình luyện Trong giai đonạ này kim loại được oxi hóa, khử lưuhuỳnh đến giới hạn cần thiết tạo cho thép có thành phần hóa học theo yêu cầu

và điều chỉnh nhiệt độ của nồi nấu Nhiệt độ của kim loại cần phải đảm bảosao cho việc rót khuân là tốt nhất

1.2 Công nghệ nấu luyện thép của lò hồ quang

1.2.1 Khái niệm chung và phân loại lò hồ quang

1.2.1.1 Khái niệm

Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điệncực hoặc giữa điện cực và kim loại Lò hồ quang dùng để nấu thép hợp kimchất lượng cao

1.2.1.2 Phân loại:

1 Theo dòng điện sử dụng lò hồ quang được chia thành:

- Lò hồ quang một chiều.

- Lò hồ quang xoay chiều

2 Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang lò hồ quang được chiathành:

- Lò nung nóng gián tiếp : Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cựcđược dùng để nấu chảy kim loại (hình 1.a)

- Lò nung nóng trực tiếp : Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa điện cực vàkim loại dùng để nấu chảy kim loại (hình 1.b)

a) b)

Hình 1

3 Theo đặc điểm chất liệu vào lò:

- Lò chất liệu (liệu rắn, kim loại vụn) bên sườn bằng phương pháp thủcông hay máy móc (máy chất liệu, máy trục có máng) qua cửa lò

- Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại này có cơ cấunâng vòm nóc

Ngoài ra còn có một số cách phân loại khác đối với lò hồ quang

1.2.2 Kết cấu chung của lò hồ quang

Với một lò hồ quang bất kỳ có các bộ phận chính sau:

1 nồi lò có vỏ cách nhiệt và có cửa lò và miếng rót

2 Vòm nóc lò có cách nhiệt

3 Cơ cấu giữa và dịch chuyển điện cực, truyền động bằng điện haythủy lực

4 Cơ cấu nghiêng lò, truyền động bằng điện hay thủy lực

5 Phần dẫn điện từ biến áp tới lò

Ngoài ra, đối với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao còn có cơ cấu nângquay vòm lò, cơ cấu rót kim loại cũng nh gầu nạp liệu Trong các lò hồ quang

có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh lệch nhiệt độ theo độcao (khoảng 1000 c/m) Trong điều kiện đó để tăng cường phản ứng của kimloại với xỉ và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại trước khi rót cần phảikhuấy trộn kim loại ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 6T) thì việc khuấy trộnthực 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 khôngnhững giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao được chất lượngcủa kim loại nấu

Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ có nguyên

lý làm việc tương tự nh động cơ không đồng bộ Rôto ngắn mạch Từ trườngchạy tạo ra ở lò có đáy phi kim loại nhờ hai cuộn dây (Stator) dòng xoaychiều tần số 0,5 ữ 1,0 Hz lệch pha nhau 900 Do từ trường này mà kim loại cólực điện từ dọc trục lò, khi đổi nối dòng trong các cuộn dây có thể thay đổihướng chuyển động của kim loại trong nồi theo hướng ngược lại

1.2.2.1 Các thông số quan trọng của lò hồ quang

* Dung lượng định mức của lò

Số tấn kim loại trong một mẻ nấu

* Công suất định mức của biến áp lò:

ảnh hưởng quyết định tới thời gian nấu luyện thép (nghĩa là tới năngsuất lò) Theo mức độ công suất tác dụng của biến áp trong giai đoạn nấuchảy đối với một tấm kim loại lỏng lò hồ quang còn được chia ra: Lò có côngsuất bình thường, cao và siêu cao

1.2.2.2 Đặc điểm và chu trình làm việc của lò hồ quang

Chu trình làm việc lò hồ quang gồm ba giai đoạn với các đặc điểmcông nghệ sau:

1 Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại

Giai đoạn này lò cần công suất nhiệt độlớn nhất, điện năng cung cấp

cho nó có thể chiếm từ (60 ữ 80%) toàn bộ điện năng của mẻ nấu luyện vàthời gian của quá trình này cỡ từ (50 ữ 60%) toàn bộ thời gian mét 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, khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng lên

Để duy trì hồ quang điện cực phải được điều chỉnh vào gần kim loại, lúc đó

để xảy ra hiện tượng điện cực chạm vào kim loại gọi là quá điều chỉnh và gây

ra ngắn mạch làm việc Ngắn mạch làm việc tuy xảy ra trong thời gian ngắnnhưng lại hay xảy ra nên các thiết bị điện trong mạch động lực thường làmviệc ở điều kiện nặng nề Đây là đặc điểm nổi bật cần lưu ý khi tính toán vàchọn thiết bị cho lò hồ quang

Ngắn mạch làm việc cũng có thể xảy ra do sự sụt lở của các hố baoquanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu, rồi sự nóng chảy các mẩu liệu cũng cóthể phá hủy ngọn lửa hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa Lúc đó phải tiếnhành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuống cho chạm kim loại rồi nâng lên tạo

hồ quang Trong giai đoạn này số lần ngắn mạch làm việc có thể tới 100 lầnhoặc hơn Mỗi lần xảy ra ngắn mạch làm việc công suất hữu Ých giảm mạnh

và có khi bằng 0 với tổn hao cực đại Thời gian cho phép của một lần ngắnmạch làm việc là (2 ữ 3)s

Tóm lại, giai đoạn nấu chảy là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn địnhnhất Công suất nhiệt của hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rấtngắn, thường từ vài mm đến 10 ¸ 15 mm Do vậy, trong giai đoạn này điện

áp cấp và công suất ra của biến áp lò lớn nhất

2 Giai đoạn oxy hóa và hoàn nguyên:

Đây là giai đoạn khử C của kim loại đến một giới hạn nhất định tùytheo yêu cầu công nghệ, khử P và S, khử khí trong gang rồi tinh luyện, sựcháy hoàn toàn của C gây ra sôi mạnh kim loại ở giai đoạn này công suấtnhiệt yêu cầu về cơ bản là để bù lại tổn hao nhiệt của giai đoạn 1, hồ quangcũng cần cháy ổn định

Trước khi thép ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khửoxy, khử sunfua và hợp kim hóa kim loại Công suất yêu cầu lúc này cỡ 30%

so với giai đoạn một Chế độ năng lượng tương đối ổn định và chiều dài ngọnlửa hồ quang khoảng vài chục mm

hồ quang Việc làm này được thực hiện bằng các IC và các thiết bị bán dẫn vì

nó cho ta độ tác động nhanh, chính xác, việc tổng hợp tín hiệu dễ dàng

Đối với những lò hồ quang hiện đại, công suất lớn đòi hỏi độ chính xác

về nhiệt độ cao có thể sử dụng mạch vòng phản hồi nhiệt độ để giữ cho nhiệt

độ lò hồ quang là ổn định Việc lấy tín hiệu nhiệt độ có thể dùng các sensorhoặc can nhiệt để biến tín hiệu nhiệt độ thành điện áp đem so sánh với tínhiệu đặt, và đưa ra mạch khống chế để điều khiển việc nâng hạ điện cực giữcho nhiệt độ lò hồ quang ổn định

1.2.3 Sơ đồ mạch điện lò hồ quang (thiết bị chính mạch lực)

1.2.3.1 Giới thiệu sơ đồ

H×nh 1.2 §å thÞ c«ng suÊt h÷u c«ng tiªu thô ë lß HQ

Điện áp cấp cho lò hồ quang lấy từ trạm biến áp lò, điện áp vào là 6,

10, 35 kV hay 110 kV là tuỳ theo công suất của lò

Sơ đồ gồm các thiết bị chính sau:

Cầu dao cách ly (CL) dùng để phân cách mạch động lực của lò với lưới khicần thiết, chẳng hạn nh lúc sửa chữa

Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố Nóđược chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc 1MC cũng dùng

để đóng và cắt mạch lực dưới tải

Cuộn kháng K dùng để hạn chế dòng điện khi xảy ra ngắn mạch làmviệc và ổn định sự cháy của hồ quang Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ra ngắnmạch làm việc, lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2MC mở ra để cuộn khángtham gia vào mạch hạn chế dòng ngắn mạch Khi liệu chảy hết lò cần côngsuất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K

Ở thời kỳ hoàn nguyên công suất lò yêu cầu Ýt hơn thì 2MC lại 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

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 nốicuộn sơ cấp thành hình ∆ hay thực hiện nhờ các máy cắt 3MC, 4MC Cuộnthứ cấp của biến áp lò nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn (MN)không phân nhánh, không có mối hàn

Phía sơ cấp biến áp lò có đặt rơle dòng điện cực đại để tác động lêncuộn cắt 1MC, rơle này duy trì thời gian Thời gian duy trì này giảm khi bội

số quá tải dòng tăng Nhờ vậy 1MC cắt mạch lực của lò hồ quang chỉ khi cóngắn mạch sự cố và ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý được Vớingắn mạch làm việc trong một thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắtmạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông Phía sơ cấp biến áp lực còn có cácdụng cụ đo lường, kiểm tra như Vôn kế, Ampe kế, công tơ điện, pha kế …

Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với Ampe kế đo đồng hồquang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và rơle dòng điện cực đại.Dòng tác động và thời gian duy trì của rơ le dòng điện sao cho khi có ngắnmạch thời gian ngắn, bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thờigian duy trì của rơ le Ngoài ra còn một số thiết bị điều khiển khác.

Trong mạch lực đối tượng cần quan tâm nhất là biến áp lò và mạchngắn “MN” vì nó đóng vai trò quyết định đến chất lượng sản phẩm

1.2.3.2 Máy biến áp lò (BAL):

Máy biến áp lò dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong các điềukiện đặc biệt nặng nề nên nó có đặc điểm sau:

Công suất lớn (có thể lên tới hàng trục MW) và dòng điện thứ cấp rất lớn,hàng trăm KA

Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất thiêukết đến khi kết thúc việc nấu chảy, thường thì thời gian này từ (1 ữ 3)h tùytheo dung lượng lò Hệ số sử dụng công suất biến áp là thường (0,8 ữ 0,9) gây

ra do sử dụng không đầy đủ công suất biến áp lò, do biến động các thông số

của lò, do hệ thống tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứnggiữa ba pha…

Hiện nay công suất biến áp lò ngày càng có xu hướng tăng vì nó chophép giảm thời gian nấu chảy, giảm chi phí năng lượng do hạ tổn hao nhiệt.Cuộn thứ cấp biến áp vào lò thường nối tam giác vì dòng ngắn mạch đượcphân chia hai pha và nh vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn.Máy biến áp lò thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và có khảnăng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn các máy biến áp động lực cócùng công suất

Trong mét pha nào đó sẽ xuất hiện sđđ phụ ngược chiều dòng điện pha

đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó Kết quả là pha này nhưthể tăng điện trở tác dụng gây ra một tổn hao công suất phụ và công suất hồquang của pha này sẽ giảm so với pha khác Đồng thời ở một pha khác, sđđphụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng như bị giảm vàcông suất hồ quang pha này tăng lên Hiện tượng trên xảy ra gây nên sự mất

đối xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đồng đềugiữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mất đốixứng ở mạch ngắn sẽ càng lớn

Để chống lại hiện tượng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hìnhhọc và về mặt điện từ của MN và các điện cực ở 3 đỉnh một tam giác đều Vớ

lò dung lượng trên 10T thì mạch ngắn thường nối theo sơ đồ 

1.2.4 Công nghệ nấu luyện thép trong lò hồ quang

1.2.4.1 Nguyên vật liệu và chuẩn bị nguyên vật liệu

a Nguyên vật liệu

Nguyên vật liệu ở lò hồ quang bao gồm: sắt thép vụn, gang phế liệu,hợp kim phế liệu, chất tạo sỉ và trợ dung, chất tăng các bon, chất oxi hóa, chấthoàn nguyên và hợp kim hóa

Sắt thép vụn: Là nguyên liệu chính dùng trong sản xuất thép ở lò hồquang (chiếm 70 ữ 80%) Sắt thép vụn phải sạch, Ýt xỉ, khô, không làm bámdính dầu mỡ, kim loại màu Ýt (nếu bẩn sẽ khó phát hồ quang)

Gang trong luyện thép lò điện làm nhiệm vụ tăng hàm lượng sắt vàhàm lượng cacbon Gang có nhiệt độ nóng chảy cao do đó giúp cho các chấtkhó chảy khác (thép vụn) trở nên dễ chảy hơn

Hợp kim phế liệu: Hợp kim phế liệu dùng để luyện các loại thép hợpkim cùng nguyên tố hợp kim, nó được lấy từ phế phẩm của các phân xưởngđúc, cán Sử dụng phế liệu hợp kim có một ý nghĩa rất lớn ngoài tác dụngnâng cao chất lượng của thép mà còn hạ giá thành của thép

Chất tạo xỉ và trợ dung: Tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà sử dụngcác chất tạo xỉ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc khử khí và tạp chất hợp kim

Chất oxi hóa: Mục đích của việc cho chất oxi hóa vào lò đề:

Tăng lượng oxi kim loại chủ yếu ở thời kỳ nấu chảy và thời kỳ oxi hóanhằm mục đích tăng độ khử P, C, S, Mn rút ngắn được thời gian oxi hóa cácnguyên tố trên

Dùng để tăng sự sôi trong nồi lò kim loại tạo điều kiện tốt cho việc khử

N2, H2 và các tạp chất khác Ngoài ra sự sôi còn làm cho thành phần và nhiệt

độ kim loại được đồng đều Trong lò điện thường dùng các chất oxi hóa sau:quặng sắt, oxi, vẩy sắt

b Chuẩn bị nguyên vật liệu

Tất cả các nguyên vật liệu được để ở ngoài sân bãi sau đó được vệ sinhlàm sạch rồi vận chuyển vào ban xưởng luyện thép để chuẩn bị cho quá trìnhnấu luyện thép

1.2.4.2 Chuẩn bị cho quá trình nấu luyện thép

Quá trình luyện có thể chia làm các giai đoạn sau: Vá lò, chât liệuchính, nấu chảy kim loại, khử phốtpho, sôi và nung kim loại, cào xỉ oxy hóa,tăng cacbon, khử oxy, khử lưu huỳnh, điều chỉnh thành phần hoá học Một sốtrong các giai đoạn trên có thể tiến hành song song

Giai đoạn khử phốt pho, sôi và nung kim loai, cào xỉ oxy hóa thuộc vềthời kỳ oxy hóa, còn giai đoạn tăng cacbon khử oxy, khử lưu huỳnh, điềuchỉnh thành phần hoá học thuộc về thời kỳ hoàn nguyên

1.2.4.3 Quá trình nấu luyện

Sau khi đã thực hiện xong các chuẩn bị ở trên và tiến hành quá trìnhnấu luyện vào lò, sau đó thực hiện thao tác kiểm tra an toàn và đóng điện cho

lò bắt đầu nấu luyện Quá trình nấu luyện trong lò diễn ra qua các thời kỳ sau:thời kỳ nấu chảy, thời kỳ oxi hóa, thời kỳ hoàn nguyên và các giai đoạn phụkhác

1.3 Các yêu cầu về truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang 1.3.1 Khái quát chung

Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ điều chỉnh tự độngviệc dịch điện cực vì nó cho phép giảm thời gian nấu luyện, nâng cao năngsuất lò, giảm suất chi phí năng lượng, giảm thấp các bon cho kim loại, nângcao chất lượng thép, giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều

kiện lao động Chất lượng thép nấu luyện phụ thuộc vào công suất cấp và sựphân bố nhiệt độ trong nồi lò.

Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện thay đổi bằng cáchthay đổi điện áp ra của BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điên cực để thay đổichiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi được điện 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 quaviệc duy trì một trong các thông số sau:

- Dòng điện hồ quang Ihq

- Điện áp hồ quang Uhq

- Tỉ số giữa điện áp và dòng điện hồ quang, tức là tổng trở Zhq

hq hq

hq

U Z

I



Cả ba phương pháp trên đều cho ta công suất không đổi tuy rằng mỗiphương pháp khống chế là khác nhau Sau đây ta sẽ đi phân tích và chọn raphương pháp tối ưu nhất

1.3.1.1 Phương pháp duy trì dòng hồ quang không đổi

Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đổi (Ihồ quang = const) sẽkhông mồi hồ quang tự động được Ngoài ra, khi dòng điện trong mét pha nào

đó thay đổi sẽ kéo theo dòng điện trong hai pha còn lại thay đổi Ví dụ : Khi

hồ quang trong mét pha bị đứt thì hồ quang làm việc như phụ tải một pha vớihai pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây Lúc đó các bộ điều chỉnh hai pha cònlại sẽ tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần việc đó Các bộ điều chỉnh loạinày chỉ dùng cho lò hồ quang mét pha và chủ yếu dùng trong lò hồ quangchân không

1.3.1.2 Phương pháp duy trì điện áp hồ quang không đổi

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi (Uhq = const) có khókhăn trong việc đo thông số này Thực tế cuộn dây đo được nối giữa dây kimloại của cửa lò và thanh cái thứ cấp BAL Do vậy điện áp đo phụ thuộc vào

dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẽ ảnh hưởng tới hai pha còn lại nh

đã trình bày đối với bộ điều chỉnh Ihq = const

1.3.1.3 Phương pháp duy trì tổng trở hồ quang:

Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì Zh =

hq

hq I

U

= constthông qua các hiệu số tín hiệu dòng và áp Với phương pháp này thì tín hiệukhống chế hệ truyền động sẽ là: Ukc = a.Uhq - b.Ihq

Trong đó:

a, b: là hệ số phụ thuộc hệ số các biến áp đo lường (biến dòng, biếnđiện áp) và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổi bằng tay khi chỉnh định)

Ta có khi Ihq = Ihq0 và Uhq = Uhq0 thì Zhq0 = Uhq0/ Ihq0 tổng trở đặt cùng hồquang

Khi Ukc = 0 thì a.Uhq = b.Ihq nên Uhq0/ Ihq0 = b/a = Zhq0

Khi Zhq = Zhq0 thì Ukc = 0: Điện cực đứng yên

Khi Zhq < Zhq0 thì Ukc < 0: Nâng điện cực lên

Khi Zhq > Zhq0 thì Ukc > 0: Hạ điện cực xuống

Muốn điều chỉnh tăng công suất lò ta giảm Zhq từ đó sẽ làm giảm chiềudài ngọn lửa hồ quang Nh vậy việc điều chỉnh được thực hiện theo độ lệchcủa tổng trở hồ quang so với giá trị đặt Phương pháp này dễ mỗi hồ quang,duy trì được công suất, Ýt chịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng

nh ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha

Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (nấu chảy, oxy hoá, hoànnguyên) đòi hỏi một công suất nhất định mà công suất này lại phụ thuộc chiềudài ngọn lửa hồ quang Nh vậy điều chỉnh dịch điện cực tức là điều chỉnhchiều ngọn lửa hồ quang do đó điều chỉnh được công suất lò hồ quang

Ta thấy đây là phương pháp tối ưu hơn cả so với hai phương pháp trên,ngày nay người ta sử dụng hai phương pháp này vì phương pháp này khắcphục được nhược điểm của hai phương pháp trên

1.3.2 Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò

1 Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòngđiện hồ quang không tụt quá (4¸5)% trị số dòng điện làm việc Vùng khôngnhạy của bộ điều chỉnh không quá ±(2¸4)% trong các giai đoạn khác.

2 Tác động nhanh đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang, trongthời gian 1,5¸3 giây, điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sựthấm C của kim loại…

Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy chính quá 2 lầntrong giai đoạn nấu chảy Đảm bảo yêu cầu này nhờ nấu tốc độ dịch cựcnhanh tới (2,5¸3) m/ph Trong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền độngđiện cơ) và (5¸6)m/ph (khi truyền động thủy lực) Dòng điện hồ quang cànglệch xa trị số đặt thì tốc độ dịch cực càng phải nhanh

3 Thời gian điều chỉnh ngắn

4 Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết nh khi chế độ làm việc

bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây) hay trong chế độ thay đổtính 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 các pha còn lại đang ở vị trí chuẩncũng có thể bị dịch chuyển Do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để

sự làm việc của nó không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của các pha khác

5 Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn (20¸125)% trị sốđịnh mức với sai số không quá 5%

6 Có thể chuyển đổi nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế độđiều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó chẳng hạn nângđiện cực trước khi chất liệu vào lò và ngược lại, chuyển nhanh về chế độ điềukhiển tự động

7 Tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồquang bị đứt Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồquang

8 Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới

Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể thực hiện bằng điện, cơ haythuỷ lực Trong cơ cấu điện cơ trước đây người ta hay dùng động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn, dải điều chỉnh rộng,bằng phẳng, dễ điều chỉnh và dễ mở máy, đảo chiều, hãm… Đôi khi cũngdùng động cơ KĐB có mô men quán tính của rô to nhá.

Đặc tính ngoài của hồ quang có hình vẽ sau:

án truyền động hợp lý nhất thỏa mãn các yêu cầu về truyền động nâng hạ điệncực đã đặt ra

PHẦN II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 2.1 Thiết kế mạch lực

2.1.1 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động

2.1.1.1 Sơ đồ khống chế dịch cực lò hồ quang dùng hệ MĐKĐ - Đ

Giới thiệu sơ đồ

Trên thực tế luôn có 4 hệ thống truyền động giống nhau, trong đó có 3

hệ thống dùng dịch chuyển 3 điện cực và một hệ thống dùng để dự phòng

+ Đ - động cơ một chiều kích thích độc lập, là động cơ truyền độngnâng hạ điện cực Động cơ được cung cấp bởi máy điện khuyếch đại MĐKĐ,cuộn kích từ của động cơ được cấp điện áp một chiều thông qua điện trở 9Rmắc song song với tiếp điểm thường hở mở chậm của rơ le thời gian Rth đểgiảm từ thông trong trường hợp nâng hạ điện cực

+ MĐKĐ - máy điện khuếch đại từ trường ngang , dùng để cung cấpđiện áp cho mạch phần ứng động cơ MĐKĐ sử dụng 3 cuộn dây khống chế,trong đó cuộn CĐC 1 là cuộn chủ đạo ở chế độ điều khiển tự động, cuộn CĐC

2 là cuộn chủ đạo ở chế độ điều khiển bằng tay, cuộn CFA là cuộn phản hồi

âm điện áp Hệ số phản hồi khác nhau đối với trường hợp hạ và nâng Cựctính của điện áp đặt lên động cơ khi hạ, nâng được cho trong sơ đồ

Do 7R mắc song song với 3CL nên ta có hệ số phản hồi áp khi hạ là h

là hiệu số của tín hiệu tỷ lệ theo dòng và áp hồ quang Điện áp chủ đạo đặt lêncuộn CĐC1 gọi là Ucđ1 và ta có Ucđ1 = a.Uhq - b.Ihq

Ucđ1 > 0 thì động cơ quay thuận, hạ điện cực

Ucđ1 < 0: Thì động cơ quay ngược, nâng điện cực

Trong chế độ khống chế bằng tay thì điện áp chủ đạo đặt lên cuộnCĐC2 gọi là Ucđ2 Điện áp này được lấy từ nguồn cung cấp 1 chiều, nó đượcđảo chiều bằng công tắc, điều chỉnh tốc độ bằng triết áp 6R

Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò HQ nh hình vẽ trên

2.1.1.1.2 Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng hệ Tiristor Động cơ (T - Đ)

-Sơ đồ nguyên lý mô tả hệ thống dùng động cơ điện một chiều vẽ chomét pha được biểu diễn nh hình vẽ

Sơ đồ sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng T mắc theo sơ đồ hìnhtia ba pha mắc song song ngược

Giới thiệu sơ đồ

M: Động cơ điện một chiều KTĐL dùng để truyền động nâng hạ điệncực được cấp nguồn từ bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha

1BA, 2BA: Các máy biến áp tín hiệu dòng, áp hồ quang

1CL, 2CL: Các bộ chỉnh lưu điốt (mắc theo sơ đồ cầu)

KN:khối không nhạy

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

ĐK: Khối điều khiển (đưa tín hiệu điều khiển tới các khâu phát xungXP1, XP2 để điều chiỉnh góc mở tiristor)

NG: khối nguồn (nguồn nuôi cho khối khuếch đại)

[BD + 1BA + 1CL + 1C + 3R]: Khâu lấy tín hiệu tỷ lệ với điện áp hồquang (a.Uhq)

Nhận xét:

Hệ thống này đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu công nghệ của lò hồ quang.Không có tác động khi có sai lệch nhỏ do đó sẽ loại trừ được hiện tượng quáđiều chỉnh

Hệ thống có tác động nhanh có thể bỏ qua quán tính của BBĐ, tổn thất

Ýt, giảm tiếng ồn do vậy không yêu cầu nền móng phức tạp, gọn nhẹ cải thiệnđược chất lượng của hệ thống, tổng hợp được nhiều tín hiệu do vậy có thể tựđộng hóa được ở mức cao Mặt khác hệ số KĐ của bộ biến đổi van - động cơlớn hơn nhiều so với hệ thống dùng máy phát - động cơ,

Sau khi sai lệch dòng điện hồ quang, tín hiệu sai lệch nhỏ hơn vùngkhông nhạy và dưới tác động phản hồi sẽ xảy ra quá trình hãm điện

Nhược điểm

Giá thành cao, hệ thống sử dụng van bán dẫn do vậy khả năng chịu quátải là không cao Sức điện động đầu ra của bộ biến đổi có dạng đập mạch vì

nó có thành phần sóng hài bậc cao và điều này gây ra tổn thất

Công nghệ thực tế hiện nay của lò việc truyền động dịch cực có thểdùng động cơ điện một chiều hoặc động cơ điện xoay chiều KĐB đến nay vẫn

bị hạn chế với phương pháp điều khiển mặc dù trên thị trường đã có các bộbiến tần nhưng giá thành còn cao và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khókhăn Động cơ điện một chiều hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệthống truyền động đặc biệt là trong hệ thống truyền động dịch cho lò hồquang Với ưu điểm nổi bật là dải điều chỉnh rộng, dễ điều chỉnh sâu, mạchđiều khiển và mạch động lực không phức tạp cồng kềnh, đặc tính cơ cứng,

khả năng làm việc quá tải cũng tương đối cao Chính vì vậy mà trong côngnghệ lò hồ quang thường hay dùng động cơ điện một chiều KTĐL để truyềnđộng.

Kết luận:

Từ các ưu điểm của hai phương pháp điều chỉnh đã được phân tích ởtrên ta đi đến việc dùng hệ thống van - động cơ (T - Đ) để truyền động dịchcực cho lò hồ quang là hợp lý hơn cả vì hệ thống này đảm bảo yêu cầu cả vềmặt kỹ thuật cũng như kinh tế Do vậy, ta dùng hệ thống T - Đ để điều khiểntruyền động nâng hạ điện cực cho lò hồ quang

2.1.2 Phân tích chọn sơ bộ cho bộ biến đổi

Do có yêu cầu truyền động của điện cực lò hồ quang là truyền độngphải điều khiển tốc độ, ổn định tốc độ, đồng thời phải đảm bảo chiều vì vậymạch động lực của BBĐ kép Trong thực tế có rất nhiều sơ đồ: Tia, cầu trong

đó mỗi loại sơ đồ phải phân ra sè pha nh: 1 pha, 3 pha, 6 pha

Để đáp ứng được yêu cầu công nghệ nâng hạ điện cực lò hồ quang làtruyền động đảo chiều với tần số cao, mô men khởi động lớn cho nên ta chỉxét đến sơ đồ chỉnh lưu ba pha cấp cho sơ đồ

2.1.2.1 Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha

* Sơ đồ nguyên lý

Ta tạm giả thiết rằng: trước thời điểm w t= n1 = a thì trong sơ đồ van T3

đang dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T1 sẽ cóđiện áp thuận (vì uT1= ua- uc= uac , và tại wt =n1=a thì uac > 0 nên uT1 > 0 )

* Tại wt = n1= a thì T1 có tín hiệu điều khiển, T1 có đủ hai điều kiện

để mở nên T1 mở và uT1 giảm về bằng không Do uT1 = 0 nên ud = ua , và từ sơ

đồ ta xác định được điện áp trên T3 là : uT3=uc - ua = uac , tại n1 thì uac<0, tức là

T3 bị đặt điện áp ngược nên khoá lại, van T2 thì vẫn khoá, do vậy trongkhoảng tiếp sau n1 trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng, khi T1 dẫn dòng :

ud = ua ; iT1= ia = Id ; iT2=0 ; iT1= 0 ; uT2 = uba ; uT2 = uca

* Đến wt = 5p/6 thì ua=ub, đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T2,nhưng T2 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển, do ua vẫn dương kết hợp vớitác dụng cùng chiều của suất điện động tự cảm trong Ld mà T1 vẫn tiếp tụcdẫn dòng

* Đến wt = p thì ua=0 và sau đó chuyển sang âm nhng T2 còn chưa mởnên T1vẫn tiếp tục làm việc nhờ suất điện động tự cảm của Ld

* Tại wt = n2 = 5p/6 + a thì T2 có tín hiệu điều khiển và do đang cóđiện áp thuận nên T2 mở, T2 mở thì uT2 giảm về bằng không nên ud = ub và

uT1= ua- ub = uab mà tại n2 thì uab < 0, tức là T1 bị đặt điện áp ngược nên khoálại Do vậy từ n2 trong sơ đồ chỉ có van T2 dẫn dòng, khi T2 mở :

* Tại n1: uT3 <0 tức là T3 bị đặt điện áp ngược còn van T3 vẫn chưadẫn dòng Nh vậy trong giai đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng

* Tại n2: uT1 < 0 tức là T1 bị đặt điện áp ngược còn van T1 khoá lại và tacó:

3 3.

.I 2.π.π I

3.U

1 1

1  

2 3.

.I 2.π.π I

3.U

2 2

Giản đồ dòng điện và điện áp chỉnh lưu tia ba pha

2.1.2.2 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha:

C K§

K

t2 t6

t5 t3

t1 t4

C B

A

* Nguyên lý làm việc

Hoạt động của sơ đồ nh sau:

Từ ωt = v0 ữ v1 và từ ωt = v6 ữ v7 thì T5 và T6 dẫn dòng ud = uc- ub dokhông có D0 nên ud còn gồm một phần điện áp là uc – ua của xung trước gửiđến tuy nhiên điện áp này rất nhỏ có thể bỏ qua

Vậy ta có : iT1 = iT2 = iT3 = iT4 = 0

iT5 = iT6 = id =Id

uT5 = uT6 = 0

uT1 = uac ; uT2 = ubc ; uT3 = ubc ; uT4 = uba ;

- Từ ωt = v1 ữ v2 và sau ωt = v7 hai van T1 và T6 dẫn dòng và ud = ua – ub

3.

.I 2.π.π I

3.U

1 1

2 3.

.I 2.π.π I

3.U

2 2

Nhận xét với hai sơ đồ hình tia và hình cầu như đã trình bày ở tren thì

sơ đồ hình tia 3 pha có ưu điểm là đơn giản, số van Ýt hơn hình cầu cho dòngqua van vừa phải có sự sụt áp và tổn thất công suất Ýt hơn hình cầu

Sơ đồ hình cầu có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn so với sơ đồhình tia do đó số vòng quay dây thứ cấp MBA Ýt hơn hai lần nhưng tiết diệndây lại lớn hơn MBA được sử dụng triệt để hơn, lõi thép thông thường bị từhóa cưỡng bức bởi thành phần một chiều trong dây cuốn

Cho ta dạng điện áp và dòng bằng phẳng hơn Nhưng việc điều khiểnđóng mở các van trong sơ đồ phức tạp hơn so với hình tia Vì vậy ta chọn sơ

đồ hình tia 3 pha để cung cấp điện áp một chiều cho động cơ truyền độngnâng hạ điện cực lò hồ quang, ở đây do yêu cầu công nghệ của nâng hạ điệncực lò hồ quang là động cơ truyền động có đảo chiều quay nên ta chọn chohai bộ chỉnh lưu tia ba pha mắc song song ngược

2.1.3 Lựa chọn phương án đảo chiều

Như đã biết thì trong quá trình làm việc của lò hồ quang luôn có sự ănmòn điện cực làm cho công suất lò hồ quang thay đổi Để ổn định chế độ làmviệc của lò hồ quang (ổn định công suất lò hồ quang) thì ta có thể sử dụng hệthống nâng hạ điện cực lò hồ quang bằng một cách tự động hoặc khi cần thayđổi công suất lò thì ta có thể nâng hạ điện cực bằng tay.

Trong nhiều trường hợp ta cần phải thay đổi được chiều dòng qua phụtải của bộ chỉnh lưu, mặt khác do tính dẫn dòng theo một chiều của van nên taphải đảo chiều bằng công tắc tơ hoặc sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu, đặc biệt là

sử dụng hai bộ chỉnh lưu mà mỗi bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện theo mộthướng Để điều khiển hai bộ chỉnh lưu trong trường hợp có đảo chiều người

ta có thể dùng một số phương pháp sau:

- Phương pháp điều khiển chung (phối hợp tuyến tính)

- Phương pháp điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập)

Phụ thuộc vào hai phương pháp điều khiển hai sơ đồ chỉnh lưu trong bộbiến đổi mà sơ đồ mạch động lực BBĐ cũng có sự khác nhau Mỗi phươngpháp đều có các đặc điểm, ưu điểm nhược điểm riêng, sau đây ta đi phân tích

để chọn ra phương pháp điều khiển phù hợp theo yêu cầu công nghệ

* Phương pháp điều khiển riêng (điều khiển độc lập)

Đặc điểm của phương pháp này là các bộ chỉnh lưu hoạt động đồngthời với mỗi chiều của điện áp ra thì chỉ có một bộ chỉnh lưu được phát xung

và chạy ở chế độ chỉnh lưu, còn bộ kia không được phát xung điều khiển Nhvậy không có thể có dòng điện xoay chiều chạy xuyên qua giữa hai mạch do

đó hoàn toàn không cần cuộn kháng cân bằng và hai bộ chỉnh lưu được đấusong song ngược nhau một cách trực tiếp Do đó quá trình đảo chiều phảiđược thực hiện theo một trình tự chặt chẽ, để đảm bảo được điều này thì taphải thực hiện một mạch điều khiển logic có độ tin cậy cao

Quy trình này cho thấy phương pháp điều khiển riêng có tốc độ đảochiều thấp do đó sẽ không phù hợp với các hệ thống truyền động có yêu cầucao về đảo chiều vì độ tác động nhanh của phương pháp này là thấp

* Phương pháp điều khiển chung (Phối hợp tuyến tính)

Đặc điểm của phương pháp này là hai mạch chỉnh lưu cùng hoạt độngtức là cùng được phát xung điều khiển Tuy nhiên một bộ làm việc ở chế độchỉnh lưu là bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc chiều quay động cơ,còn bộ kia chạy ở chế độ nghịch lưu và luôn sẵn sàng để chuyển sang chế độchỉnh lưu Khi thực hiện phương pháp này người ta sẽ truyền tín hiệu để cảhai BBĐ với quan hệ góc điều khiển của cả hai BBĐ nh sau: α1 + α2 = 1800

Khi sử dụng phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính sẽ xuất hiệndòng cân bằng làm tăng kích thước BBĐ (do có cuộn kháng cân bằng) tuynhiên ưu điểm nổi bật của phương pháp này là cho phép tiến hành đảo chiềunhanh do hai bộ chỉnh lưu luôn đồng thời hoạt động Đồng thời hệ T - Đkhông gây ồn và dễ tự động hóa các bán dẫn có hệ số KĐ rất cao điều đóthuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh mạch vòng để nâng caochất lượng các đặc tính tĩnh và đặc tính động hệ thống Nhược điểm chủ yếucủa hệ T - Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu

ra có biên độ đập mạch cao, hệ số cosφ nói chung là không cao Tuy nhiên doyêu cầu công nghệ là đảo chiều nhanh và nhiều lần trong quá trình làm việc do

đó ta thấy phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính là rất phù hợp với yêucầu đặt ra của công nghệ

Do vậy ra chọn phương pháp phối hợp tuyến tính để điều khiển đảochiều hai bộ biến đổi hình tia 3 pha mắc song song ngược

2.1.3.1 Nguyên lý làm việc của phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính

Nội dung của phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính là truyền tínhiệu điều khiển đến cả hai bộ chỉnh lưu là: α1 + α2 = 1800

Lúc này bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn bộ kia làm việc ởchế độ nghịch lưu

Giả sử BBĐ1 (gồm các van T1, T2, T3 trên hình 3.6) khi làm việc ở chế

độ chỉnh lưu thì động cơ Đ có chiều quay thuận, còn BBĐ2 (gồm các van T4,

T5, T6 trên hình 3.6) làm việc ở chế độ nghịch lưu thì động cơ Đ có chiều quayngược Khi ta phát xong điện đến các van ở BBĐ1 với một góc mở α1 < 900

và BBĐ2 với một góc mở α2 > 900 theo quan hệ α1 + α2 = 1800 Lúc này ở haiđầu của hao BBĐ có điện áp là Ud1 và Ud2 tương ứng với hai sức điện động là

Ed1 và Ed2 với hai chế độ làm việc nh sau:

Nếu Uđk < 0 thì α1 > Π/2 và α2 < Π/2 khi đó BBĐ ứng với Ud2 làm việc

ở chế độ chỉnh lưu, còn BBĐ ứng với Ud1 thì làm việc ở chế độ chờ nghịch lưuđộng cơ có chiều quay ngược lại, sự phối hợp của α1 và α2 theo quan hệ α1 và

α2 = Π được gọi là phối hợp tuyến tính (hình vẽ 3.7)

Nhược điểm chủ yếu của sơ đồ làm việc đảo chiều theo kiểu p hối hợptuyến tính là có xuất hiện dòng điện cân bằng tức thời do hiệu số các giá trịtức thời giữa điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu sinh ra, dòng cân bằng chạy từBBĐ này sang BBĐ kia mà không qua tải, nó không sinh ra được công hữuÝch mà làm tăng công suất máy biến áp Để hạn chế dòng điện cân bằng nàytrong sơ đồ mạch động lực ta sử dụng thêm một cuộn kháng cân bằng CB1,CB2 hai cuộn này có LCB đủ lớn để hạn chế dòng cân bằng đảm bảo ICB <=10%.Iđm

2.1.4 Sơ đồ mạch động lực

Ta có giản đồ điện áp của dòng và áp qua các van của BBĐ dùng sơ đồhình tia mắc song song ngược, điều khiển đảo chiều theo phương pháp phốihợp tuyến tính Đặc tính mạch lư được biểu diễn nh hình sau:

H×nh 3.7: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh

c R

c R

c R

c R

cb 1

-K

2.2 Thiết kế mạch điều khiển

Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại các thời điểm mong muốnthì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận thì đồngthời trên điện cực điều khiển katot của van phải có một điện áp điều khiển (màngười ta gọi là tín hiệu điều khiển) Để có hệ thống các tín hiệu điều khiểnxuất hiện đúng theo yêu cầu mở van đã nêu người ta phải sử dụng một mạchđiện tạo ra các tín hiệu đó Mạch điện để tạo ra các tín hiệu điều khiển đượcgọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu

2.2.1 Mạch phát xung cho bộ biến đổi

Theo sơ đồ nguyên lý mạch động lực hình 3.6 thì các van BBĐ thuậnđều được phân cực thuận ở nửa chu kỳ riêng Quan sát điện áp đặt lên các van

ở hình 3.8 ta thấy trong khoảng thời gian ωt = 0 đến ωt = 300 điện áp đặt lêncác van của BBĐ bằng 0 Nếu ta thực hiện phát xung cho van ở thời điểm nàythì các van cũng không làm việc được và đương nhiên dải điều chỉnh bị thuhẹp lại là 300 để mở rộng dải điều chỉnh ta dịch pha điện áp Uα đi 300, nghĩa là

Uđb chậm pha so với điện áp đặt lên các van BBĐ và việc dịch pha có thể theonhiều cách, ở đây ta thực hiện bằng cách đấu của máy biến áp đồng bộ Mạchphát xung phải đảm bảo các xung có độ lớn, độ rộng, có góc pha phù hợp gửiđến các nhóm van chỉnh lưu và nghịch lưu đảm bảo quan hệ α1 + α2 = Π.Trong đó α1 là góc mở các van chỉnh lưu còn α2 là góc mở các van nghịchlưu Để điều khiển góc mở cho BBĐ hình tia ba pha có đảo chiều ta sử dụng

ba kênh phát xung, mỗi kênh có một đầu ra để điều khiển các van chỉnh lưu vàmột đầu ra để điều khiển các van nghịch lưu

Ta thấy các T của mạch động lực được mắc trên các pha là nh nhau nênkhi phân tích mạch phát xung điều khiển ta chỉ đi phân tích cho mét pha rồisuy ra các pha còn lại

Từ điện áp đồng bộ tạo ra hai dãy điện áp biến đổi tuyến tính lệch phanhau 1800, tiếp tục ta dùng một điện áp dịch chuyển đẩy điện áp răng cưaxuống dưới trục hoành một nửa Tiếp theo ta so sánh với Urc1 với các Uđkth để

tạo ra các góc mở ta thực hiện sửa lại độ rộng xung và KĐ cho đủ công suất ta

có sơ đồ phát xung được trình bày như ở hình 3.8

Từ ý tưởng thiết kế mạch điều khiển nh trên ta có sơ đồ khối thực hiệntạo xung điều khiển của một pha nh sau:

Hình 3.9: Sơ đồ khối cho kênh phát xung cho các T của pha A

DFA: Khối lấy tín hiệu điện áp đồng bộ và dịch pha

ĐBH: Tạo tín hiệu đồng bộ cho xung cấp đến các T

FSRC1, FSRC4: Hai khối phát sóng răng cưa

SS1, SS4: Hai khối thực hiện chức năng sửa lại độ rộng xung điềukhiển

KĐ & TX: Thực hiện chức năng KĐ và truyền xung đến các cực điềukhiển có cách ly

Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch ta đi nghiên cứu cụ thể từngkhâu trong sơ đồ khối của mạch phát xung cho T1

2.2.1.1 Mạch dịch pha điện áp đồng bộ

Mạch lấy tín hiệu và dịch pha tạo ra điện áp đồng bộ được xây dựngtrên máy biến áp đồng bộ Việc thực hiện nối cuộn dây sơ cấp MBA hình tamgiác và cuộn dây thứ cấp hình sao sẽ làm cho điện áp ra của khâu bị chậm sau

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp của mạch ĐBH

Trong sơ đồ người ta tính chọn sao cho các Tranzitor làm việc nh cáckhóa điện tử

Khi UđbA ở nửa chu kỳ dương, Tr1 được phân cực thuận nên nó mở bãohòa, điện áp trên cực góp của nó bằng 0 làm cho Tr2 khóa dẫn đến Uđb1 cómức logic 1 Lúc này Tr3 bị phân cực ngược nên khóa, điện áp trên cực gópcủa nó có giá trị âm làm cho Tr4 mở bão hòa nên Uđb4 có mức logic 0

Khi UđbA ở nửa chu kỳ âm, Tr3 được phân cực thuận nên nó mở bãohòa điện áp trên cực góp của nó bằng 0 làm cho Tr4 khóa dẫn đến Uđb4 có mứclogic 1 Lúc này Tr1 bị phân cực ngược nên khóa, điện áp trên cực góp của nó

có giá trị dương, Tr2 mở bão hòa nên Uđb1 có mức logic 0

2.2.1.3 Mạch phát sóng răng cưa

Sơ đồ nguyên lý mạch phát sóng răng cưa dùng KĐTT cùng giản đồđiện áp được mô tả qua hình 3.12

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp của mạch FSRC

Khi Uđb1 có mức logic 1 người ta chọn sao cho Tr5 mở bão hòa, tụ C1

bị ngắn mạch bởi điện trở rCE =0 của Tr5 nên điện áp trên tụ (nếu có) nhanhchóng giảm về 0, theo luật K2 ta có: Urc = UC1 = 0

Khi Uđb1 = 0 thì tr5 khóa, điện áp - UCCthông qua R7 đưa tới chân Bcủa Tr5 làm nó khóa chắc chắn, đồng thời tụ C được nạp với chiều dòng nhhình vẽ và điện áp trên tụ tăng dần Nhìn vào sơ đồ nguyên lý và theo địnhluật Kiếc hốp 2 ta có: Urc1 = UC1 Điện áp trên tụ C1 được tính theo biểu thức:

Urc1 và Uđk ta dùng một điện áp dịch chuyển về đảm bảo chắc chắn α1 hoặc α2

chỉ thay đổi trong phạm vi 900