Luận Văn Thiết kế hệ thống điều khiển nâng hạ điện cực lò hồ quang, ứng dụng biến tần và PLC S7-200

Ví dụ khi hồquang của một trong ba pha bị đứt.Thì hồ quang làm việc như một phụ tải mộtpha với hai pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây, lúc đó các bộ điều chỉnh hai phacòn lại sẽ tiến h

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, ngành

công nghiệp luyện kim đóng vai trò quan trọng Đây là ngành công nghiệp có vịtrí then chốt trong việc phát triển ngành công nghiệp nặng nói riêng và ngànhcông nghiệp nước nhà nói chung Ngành công nghiệp luyện kim ở Việt Namhiện nay đang được phát triển mạnh cả về lượng và chất, là một mũi nhọn trongcông cuộc xây dựng và kiến thiết đất nước Việc ứng dụng các thành tựu khoahọc - kỹ thuật tiên tiến, các dây truyền hiện đại về luyện kim của các nước tiêntiến trên thế giới đã làm cho ngành công nghiệp luyện kim ở Việt Nam có sựphát triển vượt bậc

Có nhiều phương pháp luyện thép song phương pháp luyện thép bằng lò

hồ quang đã và đang được áp dụng một cách rộng rãi trong các nhà máy luyệnthép ở Việt Nam Phương pháp này có ưu điểm cơ bản là đơn giản, tiện lợi, dễđiều chỉnh để tạo ra mác thép mong muốn, đồng thời phương pháp này đem lạihiệu quả kinh tế cao

Sau 5 năm học tập và nghiên cứu tại trường, em đã cơ bản hoàn thànhđược nhiệm vụ học tập của mình, và được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“Thiết kế hệ thống điều khiển nâng hạ điện cực lò hồ quang, ứng dụng biến tần và PLC S7-200 ” phục vụ cho ngành luyện kim.

Sau thời gian hơn 3 tháng tìm tòi nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của

Thầy giáo Đào Thanh và sự chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn TĐH –

XNCN cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, và sự nỗ lực của bản thân, đến nay

đề tài tốt nghiệp của em đã được hoàn thành với đầy đủ các nội dung yêu cầu

Với khả năng có hạn về kiến thức và tài liệu tham khảo cho nên bản đồ ánnày sẽ không chánh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡchỉ bảo của các thầy cô và các bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 5 tháng 06 năm 2008

Sinh viên

1.1.1 Khái niệm chung và phân loại:

1.1.1.1 Khái niệm:

Lò hồ quang: lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cựchoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chẩy kim loại Lò điện hồ quang dùng đểnấu thép chất lượng cao

1.1.1.2 Phân loại:

a Theo dòng điện sử dụng:

- Lò hồ quang một chiều (sử dụng dòng điện một chiều)

- Lò hồ quang xoay chiều (sử dụng dòng điện xoay chiều)

b Theo phương thức hình thành hồ quang

- Lò hồ quang nung nóng gián tiếp: Hồ quang được hình thành giữa haiđiện cực ở phía trên vật liệu cần được gia nhiệt

- Lò hồ quang nung nóng trực tiếp: Hồ quang được xuất hiện trực tiếp giữakim loại cần được gia nhiệt và các điện cực

4

H1.1: a Lò hồ quang nung nóng gián tiếp

b Lò hồ quang nung nóng trực tiếp

Trong đó:

1: Than điện cực; 2: Tường lò

3: Ngọn lửa hồ quang; 4: Vật gia công nhiệt

c Theo đặc điểm chất liệu vào lò:

- Lò chất liệu từ đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại lò này có cơ cấu nângván móc

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

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

9; 12… tấn

e Theo dung dịch nấu luyện: Lò axit, lò bazơ.

f Theo tính chất nấu luyện:

- Lò hồ quang chân không

- Lò hồ quang plasma

1.1.2 Cấu tạo của lò hồ quang.

1.1.2.1 Thiết bị cơ khí lò điện hồ quang.

b Cửa lò:

Lò gồm 2 cửa, cửa ra xỉ và cửa ra thép Cửa lò được đóng mở bằng khí nénthuỷ lực hoặc bằng động cơ điện

c Cặp điện cực:

Trong lò điện, cặp điện cực để giữ điện cực và dẫn dòng điện đến điện cực

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

d Nắp lò:

Được làm bằng thép tấm có đầm vât liệu chịu lửa

+ Nghiêng lò bên hông:

Ưu điểm là thiết bị đơn giản, gọn gàng, khi mất điện có thể quay bằng taytránh được sự bám dính của xỉ và kim loại

+ Nghiêng lò đặt dưới đáy:

Ưu điểm là quay lò rất vững chắc, quay êm và đều, có thể tự động điềukhiển hoàn toàn

Nhược điểm là dễ rơi xỉ và kim loaị vào động cơ điện, công việc bảoquản thiết bị khó khăn phức tạp

Tất cả các lò trung bình và lớn đều có cơ cấu nghiêng lò loại 2

h Thiết bị cơ khí nâng hạ điện cực:

Thông thường lò hồ quang điện thường có 3 điện cực tương ứng với nó là 3

cơ cấu nâng, hạ điện cực của 3 pha Khi động cơ quay sẽ làm cho tang quay kéodây cáp, dây cáp sẽ nâng hoặc hạ điện cực lên hoặc xuống Trong cơ cấu nâng

hạ còn có đối trọng, nhờ đó mà tốc độ nâng điện cực luôn lớn hơn tốc độ xuống.Tuỳ theo loại lò mà tốc độ lên hoặc xuống của điện cực cũng khác nhau

+ Đối với lò lớn:

Vlên = 1 ữ1,5 m/ph

Loại này dùng thích hợp cho lò nhỏ vì thiết bị đơn giản, dễ chế tạo nhưng

có nhược điểm là do trụ đứng cần có chiều cao nhất định nên ảnh hưởng đến sựlàm việc chung của cầu trục trong phân xưởng

+ Loại trụ xếp :

Loại này thích hợp cho những lò có dung tích lớn, có thể hạ thấp chiều caokhi cần thiết, kết cấu chắc chắn nhưng phức tạp

i Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu trên cao còn có cơ cấu quay vòm

lò, (nắp lò ) cơ cấu nạp liệu…

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

cường phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng của kim loạitrước khi rót cần phải khuấy trộn kim loại lỏng ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 7tấn ) thì việc khuấy trộn được khuấy trộn bằng tay qua cơ cấu cơ khí Với lò códung lượng trung bình (9 ữ50) tấn và đặc biệt > 100 tấn thì được thực hiện bằngthiết bị khuấy để không những làm giảm sự vất vả của người thợ nấu mà còn nângcao chất lượng của kim loại Thiết bị khuấy trộn của kim loại nóng thường làthiết bị điện từ có nguyên lý tương tự nh động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

1.1.2.2 Cơ cấu làm mát cho lò:

Vì trong quá trình nấu luyện kim loại thì nhiệt độ trong và xung quanh lòđạt nhiệt độ rất cao, do đó cần phải có thiết bị làm mát để giảm nhiệt độ và tăngtuổi thọ lò

Các bộ phận cần được làm mát:

- Mặt đầu của cặp điện cực.

- Ngoài ra còn có cần làm nguội ở các ống mềm và phần dây cáp

- Hệ thống bơm nước làm mát tuần hoàn được thực hiện bằng một động cơđiện, nước được đi vào trong ống rồi tời lò

1.1.2.3 Các thông số quan trọng cua lò hồ quang:

- Dung lượng định mức của lò: số tấn kim loại lỏng trong một mẻ nấu

- Công suất định mức của biến áp lò: ảnh hưởng quyết định đến thời giannấu luyện, nghĩa là tớ năng suất lò

Theo mức độ công suất tác dụng của biến trong giai đoạn nấu chảy đối với mộttấn kim loại lỏng, lò hồ quang được chia ra: lò có công suất bình thường, cao siêucao Lò hồ quang công suất cao và siêu cao còn có hệ thống làm mát qua vỏ lò

1.1.3 Chu trình làm việc và làm mát Lò Hồ Quang

- Năng suất lò hồ quang và chi phí năng lượng điện cho một tấn thép ởmột mức độ lớn phụ thuộc vào việc định ra chế độ điện trong quá trình nấuluyện Chế độ điện hợp lý thì quá trình nấu luyện sẽ kinh kế Trong quá trìnhnấu luyện chế độ nhiệt ở các thời kỳ khác nhau, do đó chế độ điện cũng khácnhau

0 1 2 3 4

10 20 30

t (h)

P (MW)

NÊu chÈy oxy ho¸

hoµn nguyªn

H1.3: Đồ thị P (t)

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

1.1.3.1 Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại :

nó có thể chiếm từ (60 ữ80)% toàn bộ điện năng của mẻ nấu luyện và thời giancủa quá trình này cỡ từ (50ữ60)% toàn mẻ nấu, ở giai đoạn này có những yếu tốảnh hưởng đến sự làm việc của hồ quang Trong giai đoạn này có thể xẩy rangắn mạch nhiều lần và có trường hợp gây mất hồ quang Do vậy hệ thống điệnphải đảm bảo được sự làm việc của lò với số lần ngắn mạch cho phép có thể lêntới hàng trăm lần hoặc hơn Hệ thống phải tự loại trừ nhanh ngắn mạch màkhông làm cho các thiết bị bảo vệ tác động đồng thời phải tự mồi lại khi mất hồquang Thời gian cho phép của một lần ngắn mạch làm việc là từ 2 ữ3(s)

Trong giai đoạn này thường xảy ra trường hợp ngắn mạch sự cố, bởi vì lúcđầu khối kim loại dưới các điện cực được ngọn lửa hồ quang nung nóng chẩy,

do quá trình chất liệu vào lò vẫn còn các khe hở lên kim loại bị nung nóng chẩy

sẽ chảy xuống phía dưới Lúc này khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăngtrong khi đó khối kim loại ở hai bên thành lò chưa đủ nhiệt độ nóng chẩy nênchưa chẩy, mà điện cực phải dịch xuống đáy lò để đảm bảo ngọn lửa hồ quangcháy ổn định Do đó dẫn đến sự sụt liệu, toàn bộ kim loại ở phía trên sẽ sụtxuống và chèn lên các điện cực ngây nên ngắn mạch sự cố Khi ngắn mạch sự

cố thì các thiết bị bảo vệ phải tác động nâng nhanh điện cực lên phía trên để loạitrừ ngắn mạch sự cố hoặc phải cắt nhanh nguồn điện cung cấp cho lò

- Tóm lại giai đoạn nấu chẩy 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 ữ15(mm) Trong giai đoạn này cần cung cấpcho lò một công suất lớn

1.1.3.2.Giai đoạn oxy hoá:

Trong giai đoạn này có qúa trình oxy hoá để khử C,P,S…Do việc oxy hoá

C gây ra một nhiệt lượng lớn nên công suất hồ quang trong giai đoạn này yêucầu nhỏ hơn ở các giai đoạn trước Thường bằng 60% công suất của giai đoannung nóng chẩy vật liệu

1 1.3.3 Giai đoạn hoàn nguyên:

Trong giai đoạn này nhiệt độ của kim loại, tường, nắp lò đã cao và tươngđối ổn định, vì vậy công suất không lớn lắm nhưng yêu cầu ổn định, nghĩa làcông suất nhỏ hơn công suất trung bình Tuỳ theo phương pháp luyện thép và

mác thép mà cần chọn chế độ điện trong thời kỳ hoàn nguyên

1.1.4 mục đích yêu cầu điều chỉnh lò hồ quang

1.1.4.1 Mục đích của việc điều chỉnh hồ quang:

- Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, muốn vậy phải dùng hệthống dịch điện cực có khả năng tự đông hoàn toàn

- Tiết kiệm năng lượng điện, tận dụng hết công suất máy biến thế lò.Muốn vậy phải dùng thiết bị dịch điện cực có độ nhạy cao, thoả mãn với điềukiện kỹ thuật

- Đảm bảo thời gian nấu luyện nhanh nhất, muốn vậy phải giảm thời gian phô

1.1.4.2 Yêu cầu điều chỉnh hồ quang:

- Các lò hồ quang nấu luỵên kim loại đều có các bộ điều chỉnh tự độngviệc dịch điện cực vì nó cho phép giảm thời gian nấu luyện, nâng cao năng suất

lò, giảm chi phí năng lượng, giảm thấp cacbon cho kim loại, nâng cao chấtlượng thép Giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều kiện laođộng…

- Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổiđiện áp ra của biến áp lực hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều

dài của ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi được điện áp hồ quang, dòngdiện hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang

- Việc điều chỉnh cũng nh khống chế tự động khoảng cách điện cực và bềmặt kim loại có thể thực hiện theo ba phương pháp sau

+ Phương pháp duy trì tổng trở hồ quang không đổi: Zhq= Uhq/Ihq = const

Cả ba phương pháp đều cho ta công suất hồ quang là không đổi tuy rằngmỗi phương pháp khống chế khác nhau Sau đây ta sẽ phân tích và chọn phươngpháp tối ưu nhất

a Phương pháp duy trì dòng hồ quang không đổi :

Phương pháp này cho phép mồi hồ quang tự động Ngoài ra khi dòngđiện một pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo hai pha còn lại thay đổi Ví dụ khi hồquang của một trong ba pha bị đứt.Thì hồ quang làm việc như một phụ tải mộtpha với hai pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây, lúc đó các bộ điều chỉnh hai phacòn lại sẽ tiến hành hạ điện cực, mặc dù việc đó là không cần thiết Phươngpháp duy trì lò hồ quang không đổi chỉ dùng cho lò hồ quang mét pha và chủyếu dùng cho lò hồ quang chân không

Phương pháp này có khó khăn trong việc kiểm tra chính xác điện áp hồquang Khi có sự thay đổi điện áp hồ quang của một pha cũng làm ảnh hưởngđến các pha khác, thực tế cuộn dây đo được nối với giữa dây kim loại của cửa lò

và thanh cái thứ cấp máy biến áp, do vậy điện áp đo phụ thuộc vào dòng tải, sựthay đổi của một pha sẽ ảnh hưởng đến hai pha còn lại Vì vậy phương pháp này

Ýt được dùng

c Phương pháp duy trì tổng trở hồ quang:

Zhq = Uhq/Ihq = const thông qua tỷ số tín hiệu dòng và áp hồ quang:

a.Ihq - b.Uhq = b.Ihq(Z0hq-Zhq) (*)

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

Z0hq, Zhq : Giá trị đặt, giá trị thực tế của tổng trở hồ quang

Từ (*) ta có: = (Z0hq - Zhq) =

Như vậy việc điều chỉnh chỉ thực hiện theo chế độ lệch tổng trở hồ quang

so với giá trị đặt, phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất Ýtchịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữacác pha, mỗi giai đoạn làm việc của hồ quang (nấu chẩy, oxi hoá, hoàn nguyên)đòi hỏi một công suất nhất định mà công suất này phụ thuộc vào ngọn lửa hồquang Nh vậy điều chỉnh điện cực chiều dài của ngọn lửa hồ quang chính làđiều chỉnh được công suất hồ quang

d Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang:

- Đủ độ nhậy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò: Duy trì dòng hồquang không đứt quá (4 ữ 5)% trị số dòng điện làm việc Vùng không nhậy của

bộ điều chỉnh không quá ± (3ữ6)% trong giai đoạn nấu chẩy và ± (1 ữ2)% trongcác giai đoạn khác

- Tác động nhanh, đảm bảo khi ngắn mạch hay đứt hồ quang trong (1,5ữ3)s điều này sẽ làm giảm số lần cắt của máy cắt chính, giảm sự thấm cacboncủa kim loại…

Các lò hồ quang hiện đại không cho phép cắt máy cắt chính hai lần tronggiai đoạn nóng chẩy Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch cực nhanh từ 2,5 ữ3(m/ph) trong giai đoạn nấu chảy khi dùng truyền động điện cơ và 5ữ 6 (m/ph)khi dùng truyền động thuỷ lực Dòng điện hồ quang càng lệch xa trị số đặt thìtốc độ dịch cực càng phải nhanh

- Thời gian điều chỉnh ngắn

- Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết khi chế độ làm việc bị phá

vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây ) hay trong chế độ thay đổi tính đốixứng Yêu cầu này càng cần đối với lò ba pha không có dây trung tính Chế độ

hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ làm phá huỷ chế độ hồ quang củacác pha còn lại Điện cực của các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bịdịch chuyển do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để không làm ảnhhưởng đến các pha khác

-Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn (20ữ125) % trị số địnhmức với sai số không quá 5%

- Có thể chuyển nhanh chế độ điều khiển tự động sang bằng tay do phảithực hiện thao tác phụ nào đó chẳng hạn nâng điện cực lên nhanh trước khi chấtliệu vào lò và ngược lại.

- Tự động mồi hồ quang khi bắt đầu làm việc và khi hồ quang bị đứt.Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang

- 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, bằngphẳng, dễ điều chỉnh và dễ mở máy, đảo chiều, hãm… Ngày nay với sự pháttriển ngày càng cao của kĩ thuật vi xử lí đã cho phép giải quyết các thuật toánphức tạp trong quá trình điều khiển động cơ điện xoay chiều ba pha trong điềukiện thời gian thực với chất lượng cao, điều này dẫn đến xu hướng thay thế dầncác hệ thống truyền động dùng động cơ một chiều

1.2 GIỚI THIỆU MẠCH LỰC LÒ HỒ QUANG

§ kbv

bal mc4

mc3 mc2

k wh

v v v

bi2

bi1

r a r b r c

H1.4

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

áp vào là 6, 10, 35 KV Tuỳ theo công suất lò mà điện thế của lò 100 600 (V).Cường độ dòng điện có thể lên tới 10 KA

1.2.1 Máy biến thế lò :

Thường làm việc trong các điều kiện rất nặng nề nên có những đặc điểm sau:

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

- Có độ bền cơ học cao để chịu được những lực phát sinh trong các cuộndây, thanh dẫn khi có ngắn mạch

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

- Có khả năng quá tải

- Phải làm mát tốt vì dòng lớn, hay xẩy ra ngắn mạch Biến thế đặt ở nơikín, gần lò

- Công suất biến thế lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt tronggiai đoạn nấu chẩy Vì ở giai đoạn khác lò đòi hỏi công suất tiêu thụ Ýt hơn Nếu coi rằng trong giai đoạn nóng chẩy, tổn thất năng lượng trong lò hồquang, trong biến thế lò, và cuộn kháng được bù trừ bởi năng lượng của phảnứng toả nhiệt, thì công suất biến thế lò có thể xác định bởi công thức sau

Trong đó:

tnc: Thời gian nấu chẩy

Ksd: Hệ số sử dụng công suất biến thế lò trong giai đoạn nấu chẩy Cos( ): là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang

W: Là năng lượng hữu Ých và tổn hao nhiệt trong thời kỳ nấuchẩy và dừng lò giữa 2 mẻ nấu

W = w.G

Trong đó :

G: là khối lượng kim loại nấu

w: là suất chi phí để nấu chẩy (KWh/T) suất chi phí điện nănggiảm với lò có dung lượng lớn thường w = (400ữ 600) KWh/T

Thời gian nấu chẩy được tính từ lúc cho lò vào làm việc, sau khi chất liệucho đến khi kết thúc nấu chẩy Thường thì thời gian này từ (1 ữữữữ3)h tuỳ theodung lượng của lò

Hệ số sử dụng công suất của lò thường là 0,8 ữ0,9 gây ra do sử dụng khôngđầy đủ công suất biến thế lò do biến động các thông số của lò, do hệ số tự độngđiều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha… Hiện nay công suất

biến thế lò ngày càng tăng do nã cho phép giảm thời gian nấu chẩy, giảm suấtchi phí do hạ tổn hao nhiệt, năng suất của lò phụ thuộc vào dung lượng máy biến

áp Giá trị công suất định nghĩa dung lượng biến thế lò của lò điện hồ quang OTC7206 như sau

Dung lượng định mức của lò (T): 0.5, 1.5, 3, 5, 9, 10, 20, 40, …

Công suất danh nghĩa biến thế (KVA): 400, 1000, 1800, 2800, 5000, 9000,15000

Cuộn thứ cấp biến áp lò 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 nhàng hơn Biến

áp lò thường phải làm việc trong điều kiện ngắn mạch và phải có khả năng quátải nên thường chế tạo to, nặng hơn các máy biến thế động lực có cùng côngsuất

1.2.2 Thiết bị đóng cắt, đo lường và bảo vệ:

1.2.2.2 Thiết bị đo lường và bảo vệ:

- Để lấy tín hiệu từ lưới người ta dùng biến dòng 1Ti và TU Phía sơ cấpbiến áp lực có đặt rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuộn cắt MC1 Rơlenày duy trì thời gian, thời gian này giảm khi bội số quá tải dòng tăng Nhờ vậyMC1 cắt mạch lực của lò hồ quang chỉ khi có ngắn mạch sự cố và ngắn mạchlàm việc kéo dài mà không xử lý được Với ngắn mạch làm việc trong một thờigian tương đối ngắn, MC1 không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông.Phía sơ cấp biến áp lực còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra nh Vôn kế,Ampe kế, công tơ điện

- Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2Ti nối với các Ampe kế đo dòng hồquang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và rơle dòng điện cực đại Dòngtác động và thời gian duy trì của rơle dòng được chọn sao cho khi có ngắn mạch thờigian 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)

cung được nối với máy biến điện áp BA và các máy biến dòng 1Ti, 2Ti

1.2.3 Cuộn điện kháng (K):

Cuộn điện kháng được mắc phía cao thế (trước biến áp lò) với mục đíchlàm cho hồ quang cháy bền, hạn chế sự thay đổi đột ngột khi chập mạch Cuộnđiện kháng dùng để hạn chế dòng ngắn mạch khi làm việc không ảnh hưởng đếnlưới

Điện kháng của cuộn điện kháng rất lớn, do đó khi dòng điện đi qua cuộnđiện kháng, sẽ tổn thất một năng lượng điện đáng kể Vì vậy người ta nối cuộnđiện kháng song song với MC2 Khi không cần thiết MC2 sẽ cắt mạch dòngđiện qua cuộn điện kháng Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ra ngắn mạch làmviệc, lúc ngắn mạch làm việc máy cắt MC2 mở ra để cuộn kháng tham gia vàomạch hạn chế dòng ngắn mạch Khi liệu chảy hết lò cần công suất nhiệt lớn đểnấu luyện, MC2 đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K, ở thời kỳ hoàn nguyêncông suất lò yêu cầu Ýt hơn thì MC2 lại mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạchlàm giảm công suất cấp cho lò Với những lò hồ quang công suất lớn hơn nhiềuthì không có cuộn kháng K Việc ổn định hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạchlàm việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm Thực tế cuộn khánglàm việc rất Ýt, khoảng 10ữ 15 phút đầu của thời kỳ nấu chẩy liệu

1.2.4 Bộ phận chuyển đổi điện thế MC3, MC4:

Để điều chỉnh công suất của biến áp lò cho phù hợp với thời kỳ nấu luyện.Nhìn chung có thể chia quá trình nấu luyện ra làm hai thời kỳ dựa trên mức độyêu cầu năng lượng khác nhau

Thời kỳ nấu chẩy liệu rắn cần nhiều năng lượng để nấu chẩy liệu và giữnhiệt độ đó để tiếp tục các quá trình sau Thời kỳ hoàn nguyên cần lượng nhiệtnhỏ với mục đích chủ yếu là giữ nhiệt độ kim loại không bị giảm và nấu chẩy

các Điện thế thứ cấp được thay đổi bằng cách thay đổi cuộn dây biến áp lò bằngMC3 và MC4 Sự chuyển đổi cuộn dây từ tam giác sang sao cho phép giảm điệnthế thứ cấp xuống lần và nh vậy công suất sẽ giảm lần.

1.2.5 Mạch ngắn:

Mạch ngắn hay dây dẫn dòng điện, thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớntới hàng trục và cả hàng trăm nghìn (A) Tổn hao công suất của mạch ngắn P =

I2

cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến áp lò phảiđặt rất gần lò) Để giảm bớt tổn hao, đồng thời mạch ngắn được ghép từ các tấmđồng lá thành các thanh mềm có thể lên xuống theo các điện cực Ngoài ra mạch

số điện (công suất, điện áp, dòng điện) như nhau của các hồ quang.Khi 3 phamạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa hai pha bất kì sẽ bằng và sđđ hỗcảm bằng 0.Trường hợp nếu khoảng cách giữa các pha không như nhau, hỗ cảmgiữa các pha sẽ khác nhau Trong mét pha nào đó sẽ xuất hiện sđđ phụ ngượcchiều dòng điện pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó Kếtquả như thể tăng điện trở tác dụng gây ra một tỏn hao công suất phụ và côngsuất hồ quang của pha này sẽ giảm so với pha khác Đồng thời một pha khác,sđđ phụ 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 ra sự mất đốixứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đồng đều giữacác pha, giảm hiệu suất lò và với lò càng lớn thì sự mất đói xứng ở mạch ngắn sẽcàng lớn

Chống hiện tương trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình học vềmặt điện từ của MN và các điện cực ở 3 đỉnh một tam giác đều.Với lò dunglượng trên 10T thì mạch ngắn nối theo sơ đồ tam giác.Thiếu sót của cách này là

không đối xứng của các dây dẫn chuyển dòng tới các điện cực không được bùtrừ.

Với các lò dung lượng lớn, MN thường nối tam giác ở các điện cực Haibên cần giữ điện cực có đặt hai dây dẫn dòng pha cách điện nhau ở sơ đồ này thìhai pha có dây dẫn dòng từ đầu và đầu cuối tới điện cực kề sát nhau, tạo ra haidây, còn fa thứ 3 dẫn dòng tới 2 cần giữ ngaòi cùng sẽ ko có tính chất của hệ haidây Tính không đối xứng của mạch đã giảm nhưng không hoàn toàn Nếu thựchiện dẫn dòng hệ hai dây cho cả ba pha, nhờ thêm cần phụn, mang dây đầu cuối

3 pha tới điện cực 1 vòng qua điện cực 3 Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 đượcdịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học, do đó giảm được tính khôngđối xứng của MN xuống mức tối tiểu

1.2.6 Hệ thống nâng hạ điện cực:

Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực), có thể truyền động bằng điện, cơ haythuỷ lực Trong cơ cấu điện động cơ được dùng phổ biến là động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn, dải điều chỉnh rộng, bằngphẳng, dễ điều chỉnh và có thể mở máy, đảo chiều, hãm một cách dễ dàng Đôikhi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mô men quán tính của rotor nhá

Trong các lò một pha với điện cực nằm ngang người ta thường điều chỉnhđiện cực bằng tay vì chế độ điện không thay đổi nhiều, công suất máy biến thế

bé, điện cực nhỏ Đối với những lò điện 3 pha, điện cực bố trí thẳng đứng, chế

độ điện luôn thay đổi, hồ quang cháy mãnh liệt, công suất máy biến thế lò lớnthì không điều chỉnh bằng tay được mà phải tự động điều chỉnh bằng máy riêngvới độ chính xác cao

1.2.7 Một số thiết bị điện phụ khác:

Ngoài các thiết bị đã nêu thì trong lò điện còn có các hệ thống điện cho cáctruyền động phụ kiện phục vụ lò nh:

Truyền động nghiêng lò, nâng nắp lò, bơm nước làm mát lò, di chuyển lò,quạt làm mát máy biến áp lò… Các tủ điện động lực và tủ điện điều khiển, bànđiều khiển, hệ thống đèn báo, nút Ên.

PHẦN II

CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

2.1 SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG KHỐNG CHẾ MỘT PHA ĐIỆN CỰC LÒ

5 6

1'

Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 6 (lò hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai Bộđiều chỉnh gồm các biến dòng 1 và 1’, phần tử so sánh 3, bộ khuếch đại 4, cơcấu chấp hành 5 và thiết bị đặt 2 Trên phần tử so sánh có hai tín hiệu từ đốitượng điều chỉnh tới (tương ứng tỉ lệ với dòng và áp hồ quang) và tín hiệu từthiết bị đặt tới Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh được khuếch đại qua bộkhuếch đại 4 rồi tới cơ cấu chấp hành 5 để dịch cực theo hướng giảm sai lệch

Để hoàn thiện đặc tính động của hệ, nâng cao chất lượng điều chỉnh, thường sơ

đồ còn có các phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dòng, áp hồquang… trong sơ đồ cũng có thể có các phần tử chương trình hoá máy tính…

Hệ điều chỉnh có thể dung khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, thyristor,thuỷ lực, ly hợp điện tử…

2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

2.2.1Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng hệ MĐKĐ_Đ:

2.2.1.1.Phần mạch lực của hệ thống gồm có:

+ Động cơ 1 chiều Đ được cấp điện từ MĐKĐ, cuộn kích từ của động cơđược cấp điện áp một chiều thông qua điện trở 9R mắc song song với tiếp điểmthường hở mở chậm của rơle thời gian Rth để giảm từ thông trong trường hợpnâng

+ MĐKĐ sử dụng 3 cuộn dây khống chế trong đó cuộn CĐC1 là cuộn chủđạo ở chế độ điều khiển tự động, cuộn CĐC2 là cuộn chủ đạo ở chế độ điềukhiển bằng tay Cuộn CFA là cuộn phản hồi âm điện áp, hệ số phản hồi điện ápkhác nhau đối với trường hợp hạ và nâng Cực tính của điện áp đặt lên động cơkhi hạ (H) và khi nâng (N) cho sơ đồ Do 7R mắc song song với 3CL nên ta có

hệ số phản hồi áp khi hạ là αh = α, khi αN=0,3 α.

Ở chế độ làm việc bằng tay thì điện áp một chiều cấp cho cuộn chủ đạo làCĐC2lấy từ nguồn một chiều

Ở chế độ điều khiển tự động thì tín hiệu chủ đạo cấp cho cuộn CĐC1 làhiệu số của tín hiệu tỷ lệ theo dòng và áp của hồ quang, phần tín hiệu được tỷ lệtheo dòng được tạo lên bởi mạch vòng MBD, 1R, 1BA,bộ chỉnh lưu 1CL và bộphân áp 5R.Mạch tạo ra tín hiệu tỷ lệ với điện áp hồ quang nhờ điện trở có cấp2R bộ chỉnh lưu 2CL và bộ phân áp 4R

Nguyên lý hoạt động

Ở chế độ điều khiển bằng tay: có hai trường hợp nâng và hạ

Giả sử bật công tắc ở vị trí nâng thì tiếp điểm 1và2, 3và 4sẽ kín còn tiếpđiểm khác sẽ hở Cuộn CĐC2 được cấp điện áp với giá trị điện áp có thể điềuchỉnh được bằng 6R và cực tính dương ở phía con trượt 6R Lúc này điện ápphát ra của máy MĐKĐ có cực tính làm cho động cơ quay theo chiều nâng điệncực, tốc độ nâng phụ thuộc vào vị trí con trượt 6R Muốn dừng ta bật công tắcdừng, tất cả công tắc của tiếp điểm hở và động cơ sẽ được hãm

Giả sử bật công tắc điều khiển ở vị trí hạ (H) thì 9và 10, 11và 12 sẽ kíncuộn CĐC2 được cấp điện nhưng cực tính của điện áp trên cuộn dây lúc này ngược

so với trường hợp để công tắc ở vị trí nâng,dẫn đến máy điện khuyếch đại sẽ Phát

ra một sực điện động với cực tính ngược lại, động cơ sẽ quay theo chiều hạ điệncực Trong trường hợp hạ điện cực thì do hệ số phản hồi âm điện áp tăng lên tốc độ

hạ sẽ nhỏ hơn tốc độ nâng cùng một giá trị điện áp đặt lên cuộn CDC2

2.2.1.2 Ở chế độ điều khiển tự động:

Các tiếp điểm 5 và 6, 7 và 8 kín Mở 1CD và đóng 2CD điện áp ra trênchỉnh lưu 1CL tỉ lệ với dòng điện hồ quang rơi trên 5R Điện áp trên chinh lưu2CD tỉ lệ với áp hồ quang và rơi trên điện trở 4R Cuộn dây điều chỉnh CĐC1của MĐKĐ nối với hiệu số điện áp lấy trên một phần của 5R và 4R nghĩa làthực hiện một quy luật điều chỉnh

+ Khi chưa có hồ quang:

Dòng hồ quang bằng 0 và điện áp lớn nhất, STĐ của cuộn CĐC1 có chiều đểMĐKĐ phát điện áp cho động cơ Đ hạ điện cực xuống chậm Lúc này Rơle dòng

RD chưa tác động lên 3R tham gia vào mạch CĐC1 và STĐ của cuộn CĐC1 nhỏ

H¹ H T? d?ng Nãng N

} }

+

-6

CDC1 F1

2CD

2R 1k

2R

2CL

N H 4 3

12 11 6R

F2 H 10 9

2

1 N

CDC2

+

-RTh RA KTD

RTh 9R

3R RD TD

5 5R RD

D RA

4CL 8R

MDKD

3CL

1DR CFA 7R

1CL 1R

Mặt khác như hình vẽ khi hạ điện cực động cơ sẽ được cấp điện với cựctính dương ở trên lên 3CL thông mạch nối tắt 7R làm tăng dòng phản hồi âm ápCFA hạn chế bớt STĐ của cuộn CĐC1 ( cỡ 50%) do vậy điện cực hạ xuốngchậm.

Khi điện cực chạm vào kim loại, dòng lớn nhất và điện áp bằng 0 (ngắnmạch làm việc ) Lµm STĐ trong cuộn CĐC1 đổi chiều, mặt khác rơle dòng

RD tác động, nối tắt 3R, làm cho máy điện MĐKĐ phát ra điện áp có chiềungược lại cấp cho động cơ Đ quay theo chiều kéo điện cực đi lên nhanh Lúcnày động cơ có cực tính (-) ở trên làm cho 4CL được đặt điện áp thuận nên rơle

RA có điện làm tiếp điểm thường kín mở ra, do đó rơle thời gian Rth mất điện.Sau thời gian duy trì, tiếp điểm thường mở mở chậm Rth sẽ đưa 9R vàomạch kích từ KTĐ của động cơ để giảm từ thông và tốc độ động cơ nâng cựctăng lên Cũng lúc này do cực tính (-) làm cho 3CL khoá và điện trở 7R tham giavào mạch cuộn phản hồi CFA, làm giảm dòng qua CFA sự hạn chế STĐ cuộnCĐC1 giảm bớt (còn 30%) Do vậy điện áp phát ra của MĐKĐ cũng tăng lên.Điện cực dời khỏi kim loại thì hồ quang được mồi

Trong quá trình điện cực đi lên dòng Ihq giảm và áp Uhq tăng Hiệu điện

áp lấy trên 4R,5R giảm dần STĐ cuộn CĐC1 giảm, điện áp MĐKĐ phát ra giảm

và động cơ nâng cực lên chậm dần Khi điện áp phát ra của MĐKĐ dướingưỡng nhả của rơle RA thì 9R được tách khỏi mạch kích từ Đ, tốc độ động cơquay càng chậm

Khi cân bằng, điện áp tỷ lệ với dòng hồ quang rơi trên 5R và điện áp tỷ lệvới áp HQ rơi trên 4R thì STĐ của cuộn CĐC1 bằng 0 làm cho điện áp phát racủa MĐKĐ cũng bằng 0 và động cơ Đ ngừng quay và hồ quang cháy ổn định Nếu xảy ra sự cố:

Mất ổn định hiệu số điện áp sẽ khác 0 và cuộn CĐC1 sẽ có STĐ vàMĐKĐ phát điện áp chạy động cơ dịch cực Chiều và tốc độ động cơ dich cựcphụ thuộc chiều và độ lớn của STĐ của cuộn CĐC1

Nếu Ihq tăng thì Đ nâng điện cực lên, còn Ihq giảm thì ngược lại

* Ưu điểm của hệ thống:

+ Mạch điện đơn giản

+ Động cơ dịch cực được sử dụng phổ biến.

+ Giá thành hạ

* Nhược điểm của hệ thống:

+ Không thoả mãn đầy đủ yêu cầu công nghệ của lò hồ quang

+ Không tự loại trừ được các sự cố mà ta phải theo dõi để tự loại trừ sự cố.+ Chất lượng sản phẩm thấp

+ Vận hành phức tạp

+ Tuổi thọ thấp, hệ thống lạc hậu, ưu điểm Ýt, có nhiều nhược điểm

2.2.2 Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang bằng thyristor-Hệ thống D.

T-Sơ đồ này dùng hệ thống van động cơ có độ tác động nhanh, có thể bỏ quaquán tính của bộ biến đổi Nó thoả mãn yêu cầu đề ra và chỉ thua kém hệ thốngthuỷ lực về sự tác động nhanh Bộ chỉnh lưu thyristor có thể làm việc với lòdung lượng 200T Động cơ dịch cực có công suất 11kw Tốc độ dịch cực lớnnhất (4,5 ữ5 )m/ph khi dùng thanh răng và 1,5 m/ph khi dùng tời

Sơ đồ này sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Thyristor mắc theo sơ đồtia ba pha mắc song song ngược

Giới thiệu sơ đồ:

CL1,CL2 : Các bộ chỉnh lưu đi ốt (mắc sơ đồ cầu)

KN : Khối không nhậy

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

NĐK : Nguồn điều khiển (đưa tín hiệu điều khiển tới các khâu phát

Ng : Khối nguồn (nguồn nuôi cho các khối khuếch đại)

Ta thấy rằng tốc độ động cơ được quyết định bởi hiệu số của tín hiệu rakhối KN và tín hiệu phản hồi âm điện áp

Đi ốt ổn áp 4VD được đưa vào nhằm mục đích tạo chế độ rơle trên đặc tính(trên đoạn đặc tính mà động cơ quay theo chiều nâng điện cực)

hiệu đầu vào sẽ được đưa tới khâu vùng không nhậy KN Từ đó tới khâu khuếch

đại bán dẫn KĐ Ngoài ra tới khâu KĐ còn có tín hiệu phản hồi âm tốc độ củađộng cơ dich cực Đ Từ khâu khuếch đại tín hiệu sai lệch sẽ tới khâu nguồn điềukhiển NĐK và qua đó tới khâu phát xung FX1, FX2 để điều khiển góc mở củathyristor cấp điện cho phần ứng động cơ Đ Cấp điện cho khối KĐ là khối nguồn

Ng

Nếu chế độ hồ quang tương ứng nh chế độ đặt thì khối không nhạy không

có tín hiệu ra động cơ Đ không chạy và không dịch cực

Nếu chế độ làm việc sai lệch khỏi chế độ đặt (như Ihq tăng do ngắn mạch,Uhq tăng do chưa mồi hay do đứt hồ quang ) mà độ lớn tín hiệu sai lệch vượt

qua khối KĐ, NĐK, FX1, FX2, sẽ điều khiển mở thyristor, cấp điện cho động cơ

Đ quay dịch cực

Khi Uhq tăng thì động cơ hạ điện cực xuống tốc độ động cơ xác định bởihiệu số tín hiệu ra khối KN và tín hiệu phản hồi âm áp Quy luật điều chỉnh hạđiện cực là tỷ lệ trên toàn giải tín hiệu vào (kể cả khi đứt hồ quang )

tốc độ nâng tỷ lệ với số gia Ihq (đoạn a1b1) ở vùng thay đổi lớn của Ihq thì tốc độnâng nhảy vọt Chế độ rơle đạt được nhờ ổn áp 4VD trong mạch phản hồi âmđiện áp

Đặc tính tĩnh cho khả năng loại trừ nhanh chế độ sai lệch (ngắn mạch,đứt hồ quang) và trong giai đoạn hoàn nguyên các sai lệch nhỏ, do đó loạitrừ hiện tượng quá điều chỉnh Sau khi sai lệch bị loại trừ, tín hiệu sai lệchnhỏ hơn vùng không nhạy và dưới tác động của phản hồi sẽ xảy ra hãm điệnhai nhóm thyristor sẽ thực hiện lần lượt chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu tuỳtheo hướng chuyển động

Ưu điểm của hệ thống :

- Hệ thống nàyđáp ứng đầy đủ các yêu cầu công nghệ của lò hồ quang

- Có thể loại nhanh sư cố nh ngắn mạch làm việc và đứt hồ quang Khiđứt hồ quang lò có thể tự động mồi lại

- Không tác động khi có sai lệch nhỏ do đó sẽ loại trừ được hiện tượngquá điều chỉnh

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

* Nhược điểm:

Giá thành cao, hơn nữa động cơ một chiều lại không được sử dụng phổbiến Hệ thống này chỉ sử dụng thích hợp với các lò nấu thép chất lượng cao.Khi áp dụng cho các lò luyện Mangan, đất đèn, gang thì việc sử dụng hệ thốngtrên là không cần thiết

Nhận xét

Từ việc phân tích các sơ đồ trên ta thấy để nâng hạ được điện cực lò hồ quang

ta có thể sử dụng các loại động cơ nh động cơ điện một chiều, động cơ không đồng

bộ và đồng bộ xoay chiều 3 pha Trong đó đối với động cơ 1 chiều có đặc điểm chổithan và vành góp phát tia lửa điện, môi trường nhiệt độ cao và nhiều bụi nên thươngxuyên phải bảo dương, sửa chữa thay thế, do đó chi phí vận hành lớn

Ngày nay người ta có thể sử dụng động cơ xoay chiều có điều chỉnh tốc độ

để thay thế cho động cơ một chiều Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều

có hiệu quả thì ta có thể sử dụng nhiều phương pháp, trong đó phương phápthay đổ tần số là đem lại hiệu quả tối ưu nhất Từ đó ta có thể dùng biến tần thaythế cho bộ biến đổi Nhưng việc điều chỉnh tần số cũng có nhiều phương pháp

nh điều chỉnh luật tần số điện áp, điều chỉnh véc tơ không gian Trong đề tàinay ta điều chỉnh tần số theo phương pháp điều chỉnh véc tơ không gian áp dụngcho biến tần OMRON.)

PHẦN III

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

VECTOR KHÔNG GIAN

3.1 XÂY DỰNG VECTOR KHÔNG GIAN

Động cơ khụng đồng bộ rotor lồng súc cú ba cuộn dõy stator với dũngđiện ba pha bố trớ trong khụng gian tổng quỏt nh sau.

Ta khụng cần quan tõm đến việc động cơ được cấu tạo theo hỡnh sao hayhỡnh tam giỏc, ở đõy ba dũng điện isu, isv, isw là ba dũng chảy từ lưới qua đầu nốivào động cơ Khi động cơ chạy bằng biến tần, đú là ba dũng đầu ra của biến tần

Ba dũng điện đú thoả món phương trỡnh sau:

Trong đú từng dũng điện thoả món cỏc cụng thức sau:

isv(t) = is.cos(st + 1200) (3.2b)

isw(t) = is.cos(st +2400) (3.2c)

Một cỏch lý tưởng thỡ ba cuộn dõy của động cơ xoay chiều ba pha đặt lệch

trục toạ độ phức với trục đi qua cuận dõy u của động cơ ta cú thể dựng vectorkhụng gian sau đõy:

is(t) = [ isu(t) +isv(t) ej120 + isw(t) ej240

] = i.ej (3.3)

Pha W

Hình 3-1 Mô hình đơn giản của ĐCKĐBBP rotor lồng sóc.

Theo cụng thức (3-3) vector is(t) là vector cú mụdul khụng đổi quay trờn

Re

a

bc

 cũn trục ảo là , ta hóy quan sỏt hỡnh chiếu của cỏc vector dũng ở trờn xuống haitrục đú, hai hỡnh chiếu được đặt tờn là is và is, trờn hỡnh vẽ sau đõy

Hình 3-2 Thiết lập vector không gian từ các đại lợng ba pha

Hai dũng kể trờn là hai dũng hỡnh sin, ta cú thể hỡnh dung ra một động cơđiện tương ứng với cuộn dõy cố định ,  thay thế cho ba cuộn dõy U, V,W.Trờn cơ sở cụng thức (3.1) kốm theo điều kiện điểm trung tớnh của ba cuộn dõystator khụng nối đất, ta chỉ cần đo hai trong ba dũng stator là ta cú đầy đủ thụngtin về vector is(t) với cỏc thành phần trong cụng thức (3.4)

Cụng thức (3.4) chỉ đỳng khi trục cuộn dõy pha U được chọn làm trục quychiếu chuẩn nh trong hỡnh vẽ (3.3), điều này cú ý nghĩa trong toàn bộ quỏ trỡnhxõy dựng hệ thống điều khiển/ điều chỉnh sau này:

Hình3-3 Biểu diễn dòng stator d ới dạng vector không

gian với các phần tử i s  và i s thuộc hệ toạ độ stator cố

định



Tương tự với các vector stator các vector điện áp stator, dòng rotor, từthông stator, từ thông rotor đều được biểu diễn bằng các phần tử thuộc hệ toạ độ

* chuyển hệ toạ độ cho vector không gian.

Mục đích ở đây là đưa ra cách quan sát các đại lượng vector trên hệ toạ độstator về quan sát trên hệ toạ độ quay đồng bộ với từ thông stator

Quan sát 1 góc V bất kỳ ta thu được :

thay (3-8.a) và (3-8.b) vào (3-7) ta được:

Một cách tổng quát ta thu được từ (3-9.a) và (3-9.b) công thức chuyển hệsau đây

Bây giờ giả sử ta quan sát ĐCXCBP đang quay với tốc độ  =

Trong đó v là góc tạo bởi trục rotor và trục chuẩn (trục đi qua cuộn dây pha

U ) Ta mô tả vector dòng stator is và các vector từ thông rôtor r với môdul

Trong đó: fs là tần số mạch điện stator

Ta thấy ở hình vẽ dưới đây với trường hợp ĐCXCBP là động cơ đồng bộthì trục của từ thông rotor cũng chính là trục rotor, dù động cơ đó là loại kích

Ở hình (3-5) nếu ta xây dựng một hệ toạ độ mới có trục thực có hướng

cho các trục mới là dq Ta thấy rằng hệ trục toạ độ mới này quay xung quanhđiểm gốc với tốc độ góc s và vector is có các phần tử mới sẽ là isd và isq Để rễnhận thấy vector đang được quan sát ở hệ toạ độ nào thì ta quy ước thêm 2 chỉ

độ , isf là vector dòng quan sát trên hệ toạ độ dq

Cuén d©y pha W

i s



Nếu biết gúc is thỡ ta cú thể rễ dàng tớnh được isf bằng cụng thức

Hoặc một cỏch chi tiết hơn ta cú:

Trong đú iss cũng nh cỏc phần tử is và is đó được tớnh bằng cụng thức(3.4.a) và (3.4.b) trờn cơ sở cỏc dũng đo được isu ,isv

Toàn bộ quỏ trỡnh diễn giải trờn được tổng kết trờn hỡnh sau

vận hành xỏc lập, cỏc phần tử thậm chớ cú thể là khụng đổi Trong quỏ trỡnh quỏ

độ chỳng cú thể biến thiờn theo thuật toỏn đó được định trước Mặt khỏc trờn cơ

dàng bằng thiết bị đo tốc độ vũng quay(mỏy phỏt xung kốm vạch 0, resolver)

khiển biến

M 3

Hình 3.6.thu thập các giá trị dòng stator trên hệ toạ độ từ thông

thực của vector ông rotor

rotor ta chưa biết Vậy phương pháp mô tả trên hệ toạ độ dq đòi hỏi phải xây

nh đối với vector dòng stator, ta có thể biểu diễn tất cả các vector còn lại trên hệtoạ độ dq

khi quan sát

3.2 ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN TRÊN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của ĐCXCBP nuôi bởi biến tần nguồn áp

Trong giới hạn của đồ án này ta chủ yếu nghiên cứu điều khiển biến tầntrên cơ sở phương pháp điều chế vector không gian

Trên hình (3-7) cho thấy sơ đồ nguyên lý của ĐCXCBP nuôi bởi biến tầndùng van bán dẫn Thông thường, các đôi van được vi xử lý/ vi tính điều khiểnsao cho điện áp xoay chiều ba pha với biên độ cho trước, với tần số cũng nh làgóc pha cho trước, được đặt lên ba cực của động cơ đúng theo yêu cầu Biến tần

hoạt động theo kiểu cắt xung với tần số cắt cao, phân biệt với hai loại hoạt độngtheo nhịp dành cho các hệ thống với công suất rất lớn, nơi mà thời gian trễ đóngngắt của van bán dẫn rất lớn Các van bán dẫn ở đây đựơc dùng chủ yếu làtransistor (IGBT, MOSFET).ở đây ta có thể áp dụng một cách hạn chế đối vớibiến tần dùng thyristor

Mỗi mét pha của động cơ ta có thể nhận được trong 2 trạng thái : 1 (nối

Ta quay trở lại với cách bố trí hình học của ba cuộn dây pha trên mặtphẳng, ta thấy rằng tổ hợp thứ 4 đó tương đương với trường hợp ta áp đặt lên ba

cuén d©y pha W

cuén d©y pha V