Thiết kế hê thống điều khiển đông CO’ điên môt chiều ửng dung điều khiến nâng hạ điện cực lò hồ quang

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊNgắn mạch làm việc cũng có thế gây ra do sụt nở các thành của hố baoquanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu, rồi sự nóng

Q^huụêt minh đồ án tốt nghiệp rà*> E3 «ể> <s r () : QlgugẪn £7hành: r ()notUỊ

Mục lục

Trang

Lời nói đầu 6

Phần I Quy trình công nghệ lò hồ quang 8

động cơ điện một chiều kích từ độc lập 29

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

Đ4.1 Tính chọn các phần tử của sơ đồ 72

Đ4.2 Xác định hệ số khuếch đại của hệ thống 81

Phần V Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống 88

Đ5.1 Khái niệm 89

Đ5.2.Tống hợp hệ truyền động với hai mạch vòng phản hồi tốc độ và phản hồi dòng điện 91

Phần VI.Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ thống 104

Phần Chuyên đề về hệ điều khiến thích nghi 108 Chương I.Tống quan về hệ điều khiến thích nghi 109 Chươngll hệ điều khiến thích nghi theo mô hình mẫu 124 Kết luận 139

Tài liệu tham khảo 140

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn 5

-Qhuụêí minh itồ án tết nụhiệặt EQ «ể> SN) : f<fiíjẤtụễn £7'hành NìuútUỊ

\

Lời nói đâu

1 rong nền công nghiệp hiện nay ngành cơ khí luyện kim đóng một vai trò rất quan trọng, là ngành công nghiệp không thể thiếu và sản phâm của ngành luôn cỏ mặt ở tất cả mọi lĩnh vực.

Hiện nay trong công nghiệp luyện kim, phương pháp nấu luyện thép bằng lò hồ quang được dùng phô biến với ưu điếm là đơn giản dê tạo ra các loại thép cỏ chất lượng như mong muốn.

Chất lượng thép là đại lượng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tổ trong đó phụ thuộc phần lớn vào công suất cấp cho lò và sự phân bố nhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò.

Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thê thực hiện bằng cách thay đôi điện áp ra của biến áp lò hoặc bằng sự dịch chuyên điện cực đê thay đoi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đoi được điện áp hồ quang, dòng điện hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang.

Ngày nay với sự phát trỉên mạnh mẽ của nền công nghiệp mảy tính và thiết bị thông minh các quả trình sản xuất ngày càng cỏ sự tham gia của các thiết bị này đê điều khiên một cách chính xác tự động quả trình sản xuất.

Qua quả trình học tập vừa qua em được giao để tài tốt nghiệp với nội dung:

(7«íiờ«r/ d)ạì hoe 3£tị {'dhiiăt (dôtiịỊ Qlụhỉèp - DUioa (ĩĩêti 6

-VĩhuAịâ minh itồ án tốt ễUjJtiệp EQ «ể> SN) : f<fiíjẤtụễn TThàtĩh (Dưưnụ.

Thiết kế hê thống điều khiển đông CO’ điên môt chiều ửng dung

điều khiến nâng hạ điện cực lò hồ quang Nôi dung của đồ án đề câp tỏi các vấn đề sau:

I Tìm hiếu công nghệ lò Hồ Quang.

II Các phương pháp điều chỉnh tắc độ và vị trí động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

III Thiết kế sơ đồ nguyên lỷ

IV Tính chọn các phần tử của sơ đồ và xác định hệ số khuếch đại của

hệ thống.

V Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ thống.

Phần chuyên đề về hệ điều khiển thích nghi.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giảo hướng dân Th.s Võ Quang Vinh và

các thầy cô giảo trong khoa điện đã giúp đỡ nhiệt tình, cộng với sự no lực của bản thân em đã hoàn thành đề tài này Song do khả năng, thời gian có hạn và tài liệu tham khảo còn gặp nhiều khó khăn nên trong bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo hướng dân của các thày cô giáo và các bạn đóng góp ỷ kiến đê bản đồ án hoàn thiện hơn

Em xỉn chân thành cảm ơn ỉ

Thái Nguyên, ngày 01 tháng 08 năm 2004

Sinh viên thực hiện:

Nguyên Thành Vương

(7«íiờ«r/ d)ạì hoe SKụ Vĩhííật (dôtiịỊ Qlụhỉêp - DUioa (ĩĩêti 7

-( Jhuụêt minh itè án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn £7'hành (Dưưnụ.

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti điên 9

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : íyiíỊẤtụễn £7'hành 'DiìotUỊ

Phần I

Quy trình công nghệ lò hồ quang

Trong đời sống và sản xuất yêu cầu về sử dụng về nhiệt năng rất lớntrong các ngành công nghiệp khác nhau nhiệt năng dùng đế nung, sấy nhiệtluyện, nấu chảy các chất là một yêu cầu không thế thiếu được Nguồn nhiệtnăng này đuợc chuyến từ điện năng qua các lò điện rất phổ biến đa dạng và

Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện

cực và kim loại đế nấu chảy kim loại

II Phân loại:

7 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 chia thành:

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

(graphít, than) được dùng để nấu chẩy kim loại (hình l.a)

- Lò nung nóng trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa hồ quang xảy ra giữa điện

cực và kim loại dùng đế nấu chảy kim loại (hình l.b)

10

-^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhuăt @ônịị Q(ạhiệp, - DUioa điên

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : f<TiíjẤtụễn £7'hành 'DiìotUỊ

3 Theo đặc điếm chất liệu vào lò:

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

- Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gần chất liệu Loại lò này có co

cấu nâng vòm nóc.III Ket cấu lò hồ quang:

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

5 Phần dẫn điện từ biến áp lò tới lò.

Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu tù’ trên cao còn có cơ cấu nângquay vòm lò, cơ cấu rót kim loại cũng như gầu nạp liệu

Trong các lò hồ quang có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh cóchênh lệch nhiệt độ theo độ cao (khoảng 100°c/m) Trong điều kiện đó đếtăng cường phản ứng của kim loại (với xỉ) và đế đảm bảo khả năng nung nóngkim loại trước khi rót cần phải khuấy trộn kim loại lỏng ở các lò dung lượng

(7w/ồwạ T)ạì hoe 3£tị {Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn

-11-r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

nhỏ (dưới 6 T) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí Với

lò dung lượng trung bình (12 -ỉ- 50 T) và đặc biệt lớn (100 T và hơn) thì thựchiện bằng thiết bị khuấy trộn đế không những giảm lao động vất vả của thợnấu mà còn nâng cao được chất lượng kim loại nấu

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

lý làm việc tương tự động cơ không đồng bộ rôto ngắn mạch Từ trường chạytạo ra ở lò có đáy phi kim loại nhờ hai cuộn dây (Stato) dòng xoay chiều tần

số 0,5 -ỉ- 1 Hz lệch pha nhau 90° Do tù' trường này mà kim loại có lực điện từdọc trục lò Khi đối nối dòng trong các cuộn dây có thế thay đối hướngchuyến động của kim loại trong nồi theo hướng ngược lại

IV Các thông số quan trọng của lò hồ quang:

1 Dung lượng định mức của lò:

- Số tấn kim loại lỏng trong một mẻ nấu

2 Công suất định mửc của biến áp lò:

- ảnh hưởng, quyết định tới thời gian nấu luyện Nghĩa là tới năng suấtlò

V Chu trình làm việc của lò hồ quang:

1 Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại

Trong giai đoạn này lò cần công xuất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụchiếm khoảng 60 ữ 80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm

50 ữ 60% toàn bộ thời gian một chu trình

Đe đảm bảo công suất nấu chảy ngọn lửa hồ quang cần phải cháy ốnđịnh Khi cháy điện cực bị ăn mòn, khoảng cách giữa điện cực và kim loạităng lên Đe duy trì hồ quang điện cực phải được điều chỉnh vào gần kim loại.Lúc đó đế xấy 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 gianngắn nhưng lại hay xảy ra nên các thiết bị điện trong mạch động lực thườnglàm việc ở điều kiện nặng nề

12

-^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị QlyAìệp - DUioa điên

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

Ngắn mạch làm việc cũng có thế gây ra do sụt nở các thành của hố baoquanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu, rồi sự nóng chảy của các mấu liệucũng có thế phá huỳ ngọn lửa hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa Lúc đóphải tiến hành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuống cho chạm kim loại rồinâng lên tạo hồ quang

Trong giai đoạn này số lần ngắn mạch làm việc có thế tới 100 lần hoặchơn Mồi lần xảy ra ngắn mạch làm việc công xuất hữu ích giảm mạnh và cókhi bằng 0 với tốn hao cực đại Thời gian cho phép của một lần ngắn mạchlàm việc là (2 -T- 3)s

Do vậy giai đoạn nấu chảy là giai đoạn hồ quang cháy kém ốn địnhnhất, công suất nhiệt của hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rấtngắn, thường thì vài mm đến 10 15 mm Trong giai đoạn này điện áp cấp vàcông suất ra của máy biến áp lò là lớn nhất

2 Giai đoạn ôxy hoá

Đây là giai đoạn khử c của kim loại đến một giới hạn nhất định tuỳtheo 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 đế bù lại tốn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60%công suất nhiệt của giai đoạn một Hồ quang cũng cần duy trì

3 Giai đoạn hoàn nguyên

Trước khi thép ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khửôxy, khử sun phua và hợp kim hoá kim loại Công suất yêu cầu lúc này cỡ30% so với giai đoạn một Chế độ năng lượng tương đối ốn định và chiều dàingọn lửa hồ quang khoảng vài trục mm

r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

ĐỒ thị sau là một ví dụ miêu tả quá trình làm việc của lò hồ quang100T trong các giai đoạn nấu luyện (Hình:I-2)

Trên thực tế hiện nay việc điều chỉnh công suất và nhiệt độ lò hồquang thường sử dụng các mạch vòng phản hồi dòng áp Các tín hiệu nàyđược đưa qua các bộ biến đối và tống hợp lại đem so sánh với một giá trị đặtcủa dòng hồ quang Việc làm này đuợc thực hiện bằng các IC và các thiết bịbán dẫn vì nó cho ta độ tác động nhanh, chính xác, việc tống hợp tín hiệu dễdàng

□

>

C5

T ( h )Hỡnh I - 2

Đ1.2 So’ đồ mạch động lực

14

-^ĩinòtUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhiiăt (JỏutỊ QlyAìệp - DUioa điên

r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

Điện áp cung cấp cho lò hồ quang lấy từ trạm biến áp lò Điện áp vào là

6, 10, 35 hay 100 KV là tuỳ theo công suất lò (Hình I - 3)

Trong SO’ đồ có các thiết bị chính sau :

+ Cầu dao cách ly (CL) dùng đế phân cách mạch động lực của lò hồquang với lưới điện khi cần thiết

+ Máy cắt 1MC dùng đế bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố Nóđược chỉnh định sao cho không tác động khi sảy ra khi ngắn mạch làm việc.Máy cắt 1MC cũng dùng đế đóng cắt mạch lực dưới tải

+ Cuộn kháng K dùng đế hạn chế dòng điện khi xảy ra ngắn mạch làmviệc và ốn định sự cháy của hồ quang Khi bắt đầu nấu luyện hay xảy ra ngắnmạch làm việc, khi xảy ra ngắn mạch làm việc thì máy cắt 2MC mở lại đếcuộn kháng K tham gia vào mạch đế hạn chế dòng ngắn mạch Khi liệu chảyhết lò cần công suất nhiệt lớn đế nấu luyện, 2MC đóng lại đế ngắn mạch cuộnkháng K ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại

mở ra đế đua cuộn kháng K vào mạch làm giảm công suất cấp cho lò Vớinhững lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K Việc

ốn định hồ quang, hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảmkháng của sơ đồ lò đảm nhiệm

+ Biến áp lò (BAL) dùng đế hạ áp và điều chỉnh điện áp, việc đối nốicuộn sơ cấp thành hình À hay Ỹ 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 đế tác động lêncuộn ngắt máy cắt 1MC, rơle này có duy trì thời gian Thời gian duy trì nàygiảm khi bội số quá tải dòng tăng Nhờ vậy 1MC cắt mạch lực của lò hồquang chỉ khi có ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài màkhông xử lý đuợc Với ngắn mạch làm việc trong một thời gian tương đốingắn 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông Phía sơ cấp biến

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị QlyAìệp - DUioa ĩtiỀn 15

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : f<fiíjẤtụễn £7'hành 'dìuotUỊ

áp lò còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra như : vôn kế, ămpekế, công tơđiện, pha kế và các thiết bị điều khiến 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 phấm

w

Cc * K sd * COS (p [ KVA ]

Trong đó:

tnc : Thời gian nấu chảy (trù’ lúc dừng lò);(h) tnc=(l-K3)h

Ksd: Hệ số sử dụng công suất biến áp lò trong giai đoạn nấu chảy

Ksd= (0,8 - 0,9).cosọ: Hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang

w : Năng lượng hữu ích và tốn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và

dừng lò giữa hai mẻ nấu (KWh).w= W*G

16

-(7«rò«r/ d)ạì hoe 3£tị £7hííật CôtiíỊ Q((Ịhỉèp - DUioa (ĩĩêti

r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn Q.'hành (Dưưnụ.

Trong đó:

G: Khối lượng kim loại nấu (T)

w: Suất chi phí điện năng để nấu chảy [KWh/T]

Suất chi phí điện năng giảm đối với lò có năng lượng lớn, thường :

w=(400 H- 600)KWh/T

Cuộn thứ cấp máy biến áp lò thường nối À vì dòng ngắn mạch đượcphân ra 2 pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn.Máy biến áp lò thường làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khảnăng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn máy biến áp động lực cùng côngsuất

2 Mạch ngắn: (MN)

Mạch ngắn hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn tớihàng trục thậm chí cả hàng trăm nghìn ampe Tốn hao công suất ở mạchngăn:

APmn = I2

Chiếm khoảng 70% toàn bộ tốn hao trong toàn bộ thiết bị lò hồ quang Dovậy cần phải hạn chế sao cho tốn hao trong mạch này là nhỏ nhất và nó đượcchế tạo với chiều dài là ngắn nhất Mạch ngắn được ghép tù’ các tấm đồng láthành các thanh mềm để có thế uốn dẻo nên xuống theo các thanh điện cực.Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng rmn và xmn giữa các pha đế

có các thông số điện ( công suất, điện áp, dòng) như nhau của các lò hồquang Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa 2pha bất kỳ sêbằng nhau và sức điện động hồ cảm bằng 0 Trường hợp nếu khoảng cáchgiữa các pha không như nhau hồ cảm giữa các pha sẽ khác nhau Trong mộtpha nào đó sẽ xuất hiện sức điện động phụ ngược chiều dòng điện trong pha

đó và tạo ra một sụt áp trên điện trở thuần pha đó Ket quả là pha này như thếtăng điện trở tác dụng, gây ra một tốn hao công suất phụ và công suất hồquang của pha này sẽ giảm so với pha khác Đồng thời ở pha khác sức điệnđộng phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng như bị giảm

đi và công suất hồ quang pha này sẽ tăng lên Hiện tượng trên gây ra sự mất

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti đỉỀn 17

-Cĩhuụií minh đề án tốt m/hiêp ò» I U 'NỂS (S r O ĩ íỉiựẤiụễn Qhành (ĩ)ưđnạ

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 có công suất cùng lớn thì sự mất đốixứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn

Đe chống lại hiện tuợng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hìnhhọc và về mặt điện từ của mạch ngắn và các điện từ đặt ở 3 đỉnh một tam giácđều Với lò dung luợng lớn duới 10 T thì mạch ngắn thường được nối theo A

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

Đ1.3 Yêu cầu với các SO’ đồ điều chỉnh

điện cực lò hồ quang

I Khái quát

Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ diều 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 thấm các bon cho kim loại, nângcao chất lượng thép, giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điềukiện lao động

Chất lượng thép nấu luyện phụ thuộc vào công suất cấp và sự phân bốnhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò

Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thế thực hiện bằng cách thay đốiđiện áp ra của BAL hoặc bằng sự thay đổi dịch chuyển điện cực để thay dổichiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đối 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 thế thông qua việcduy trì một trong các thông số sau:

- Dòng điện hồ quang Ihq

- Điện áp hồ quang Ưhq

- Tỉ số giữa điện áp và dòng điện hồ quang tức là tống trở zhq

' u „

Zhq — J hq

19

-^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti điên

hq _

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn £7'hành ^OuútUỊ

Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đối (Ihq= const) sê khôngmồi hồ quang tự động được Ngoài ra khi dòng điện trong một pha nào đóthay đối sẽ kéo theo dòng điện trong hai pha còn lại thay đối Ví dụ khi hồquang trong một pha đứt thì lò hồ quang làm việc như phụ tái một pha với haipha còn lại nối tiếp vào điện áp dây Lúc đó các bộ điều chỉnh trong hai phacòn lại sẽ tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần việc đó Các bộ điều chỉnhloại này chỉ dùng cho lò hồ quang 1 pha và chủ yếu dùng cho lò hồ quangchân không

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đối (Ưhq = const) có khókhăn trong việc đo thông số này Thực tế cuộn dây đo được nối giữa thân kimloại của lò và thanh cái thứ cấp BAL Do vậy điện áp đo phụ thuộc vào dòngtải và sự thay đối dòng của 1 pha sẽ ảnh hưởng đến 2 pha còn lại như đã trìnhbày đối với bộ điều chỉnh giữ Ihq = const

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

—— = zhq = const thông qua hiệu các tín hiệu dòng và áp:

Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tống trở hồ quang

so với giá trị đặt (điều chỉnh vi sai) Phương pháp này đế mồi hồ quang, duytrì được công suất, ít chịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng nhưảnh 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 vàochiều dài ngọn lửa hồ quang Như vậy điều chỉnh dịch điện cực tức là điềuchỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang do đó điều chỉnh được công suất lò hồquang

(7w/ồwạ r t)ạì hoe 3Cụ ^ĩhnật (^ẽiUỊ QtyhiỀp - DUioa itĩên 20

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

II các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang.

1 Đủ nhạy đế đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò Duy trì dòngđiện hồ quang không tụt quá (4 ữ 5) trị số giá trị dòng điện làm việc

Vùng không nhạy của bộ điều chỉnh không quá ± (3 ữ 6)% trong giaiđoạn nấu chấy và ± (2 ữ 4)% trong các giai đoạn khác

2 Tác động nhanh, đảm báo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trongthời gian (1,5 ữ 3)s Điều này sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chúng, giảm

sự thấm c của kim loại

Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lầntrong giai đoạn nấu chấy Đảm bảo yêu cầu này nhờ nấu tốc độ dịch cựcnhanh tới (2,5 ữ 3)m/ph.Trong giai đoạn nấu chay (khi dùng truyền động điệncơ), và

(5 ữ 6)m/ph (khi truyền động thuỷ lực) Dòng điện hồ quang càng lệch 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 như khi chế độ làmviệc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây) hay trong chế độ thayđối tính đối xứng, yêu cấu này càng cần đối với lò hồ quang 3 pha không códây trung tính Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theophá huỷ chế độ hồ quang của các pha còn lại Điện cực của các pha còn lạiđang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển Do vậy mỗi pha cần có hệđiều chỉnh độc lập đế sự làm việc của nó không ảnh hưởng tới chế độ làmviệc của các pha khác

5 Thay đối công suất lò bằng phang trong giới hạn (20 ữ 50)% trị sốđịnh mức với sai số không quá 5%

6 Có thế chuyến đối nhanh từ chế độ điều khiến tự động sang chế độđiều khiến bàng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó (chắng hạn: Nângđiện cực trước khi chất liệu vào lò) và ngược lại chuyến nhanh về chế độ điềukhiển tự động

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn 21

-r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

7 Tự động mồi hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồ quang bịđút, khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang

8 Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới

Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịnh cực) có thế truyền động bằng điện - cơhay thuý lực Trong cơ cấu điện - cơ, động cơ được dùng phố biến là động cơmột chiều kích từ độc lập vì nó có mômen khởi động lớn, giải điều chỉnhrộng, bằng phang, rễ điều chỉnh và có thế rễ mở máy, đảo chiều, hãm Đôi khicũng dùng động cơ KĐB có mô men quán tính của rôto nhỏ

Đ1.4 tổng quát về các sơ đồ khống chế dịch cực

lò hồ quang

I sơ đồ chức năng mội pha khống chế dịch cực lò hồ quang

Một hệ điều chỉnh công suất tự động lò hồ quang có sơ đồ chức năngđơn giản như hình vê (Hình 1 - 4 )

Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 6 (lò hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai

Bộ điều chỉnh gồm các bộ cảm biến dòng (1) và áp (1 ), phần tử so sánh (3),

bộ khuếch đại (4),cơ cấu chấp hành (5) và thiết bị đặt (2)

Trên phần tử so sánh có 2 tín hiệu từ đối tượng điều chỉnh tới (tươngứng tỷ lệ với dòng và áp hồ quang) và một tín hiệu từ thiết bị đặt tới

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị QlyAìệp - DUioa điên 22

-r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh được khuếch đại qua bộ khuếch đại(4) rồi tới cơ cấu chấp hành (5) đế dịch cực theo hướng giảm sai lệch

Hệ điều chỉnh tự động có thế dùng: Khuếch đại máy điện, khuếch đại

từ, thiristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ

II Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò hồ quang

dùng hệ MĐKĐ-ĐHình 1-5 biếu thị sơ đồ dịch cực cho một pha lò hồ quang và mỗi phađều có một bộ điều chỉnh như vậy

Máy điện khuếch đại cấp điện cho động cơ (Đ) đế dịch cực và có 3 cuộnkích từ

Cuộn điều chỉnh CĐCi để khống chế tự động

Cuộn điều chỉnh CĐC2 để khống chế bằng tay

Cuộn phản hồi âm áp CFA Cuộn này có sđđ ngược chiều với cuộn trên

ở chế độ tự động TĐ các tiếp điểm 5 - 6 ; 7 - 8 kín, mở 1CD đóng 2CD.Điện áp ra trên chỉnh lưu 1CL tỷ lệ với dòng điện hồ quang và rơi trên điệntrở 5R Điện áp ra trên chỉnh lưu 2CL tỷ lệ với điện áp hồ quang và rơi trênđiện trở 4R Cuộn dây điều chỉnh CĐC1 của MĐKĐ nối vào hiệu số điện áplấy trên một phần của 5R và 4R

Nghĩa là thực hiện quy luật điều chỉnh a * Ihq - b *Ưhq = b * Ihq *(Z0Zhq)

hq-khi chưa có hồ quang, dòng bằng không và điện áp lớn nhất Sđđ cuộn CĐC1

có chiều đế MĐKĐ phát điện áp cho động cơ Đ hạ điện cực xuống chậm Lúcnày rơle dòng RĐ chưa tác động nên 3R tham gia vào mạch CĐC1 và stđ củaCĐC1 nhỏ khi hạ do cực tính (+) ở trên lên điốt 3CL nối tắt 7R làm tăng dòngcuộn phản hồi âm áp CFA, hạn chế bớt stđ của CĐC1 (cỡ 50%) Do vậy điệncực được hạ xuống chậm

Khi điện cực chạm vào kim loại thì dòng là lớn nhất còn điện áp bằng o(ngắn mạch làm việc) rơle RD tác động nối tắt 3R trong mạch cuộn CĐC1.Stđ cuộn này đối chiều và có giá trị lớn, MĐKĐ phát điện áp cấp cho Đ kéođiện cực lên nhanh (cực tính (-) điện áp cấp ở trên), mặt khác lúc này điốt4CL thông mạch rơle áp RA với điện áp lớn của MĐKĐ nên rơle thời gian Rth

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị QlyAìệp - DUioa điên 23

-r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn Q.'hành (Dưưnụ.

mất điện Sau thời gian duy trì tiếp điểm thường mở mở chậm Rth sẽ đưa điệntrở 9R vào mạch kích từ KTĐ của động cơ Đ đế giảm từ thông và tốc độ động

cơ nâng điện cực tăng lên Lúc này do cực tính điện áp (-) ở trên nên 3CLkhoá và 7R tham gia vào mạch cuộn phản hồi âm áp CFA làm giảm dòng quaCFA, sự hạn chế stđ cuộn CĐC1 giảm bớt (còn hạn chế cỡ 30%) do vậy điện

áp phát ra của MĐKĐ cũng tăng lên

Điện cực rời khỏi kim loại thì hồ quang cũng được mồi Trong quátrình điện cực đi lên thì Ihq giảm và Ưhq tăng Hiệu điện áp lấy trên 4R và 5Rgiảm dần stđ cuộn CĐC1 giảm, điện áp MĐKĐ phát ra giảm và động cơ nângcực lên chậm dần Khi điện áp phát ra của MĐKĐ dưới ngưỡng nhả của rơle

áp RA thì điện trở 9R được tách ra khỏi mạch kích từ động cơ Đ, tốc độ động

cơ càng chậm Khi cân bằng điện áp tỷ lệ với dòng hồ quang rơi trên 5R vàđiện áp tỷ lệ với áp hồ quang rơi trên 4Rthì stđ của CĐC1 bằng 0, điện ápMĐKĐ = 0 động cơ Đ dùng quay và hồ quang cháy ốn định

Neu mất ốn định thì hiệu số điện áp sẽ có và cuộn CĐ1 sẽ có stđ làmMĐKĐ phát điện áp cấp cho động cơ Đ đế dịch cực Chiều và tốc độ dịch cựcphụ thuộc vào chiều và độ lớn stđ cuộn CĐC1 Neu dòng Ihq tăng (chiều dàingọn lửa giảm) thì Đ nâng điện cực lên Neu Ihq giảm thì ngược lại

Khi đứt hồ quang (lhq=0) thì quá trình diễn ra như lúc mồi hồ quang,

ở chế độ khống chế bằng tay cầu dao 1CD được đóng và 2CD được

mở Tay gạt ở vị trí nâng (N) hay hạ (H) tuỳ yêu cầu nâng hạ điện cực Tác

dụng cuộn CĐC2 lúc này giống cuộn CĐC1 ở chế độ tự động

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti điên 24

-\Jhu(ịèí minh (tè án tết ttạhỉêp £Q ”6 <s r () : Qíiiịuụỉn \7hành r ()uotuf

Sũ ũũ ũiũu khiũn hũ thũng nõng hũ ũiũn cũc lu hũ quang dưng hũ mũkũ - ũ

25

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti điên 26

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

III Sơ đồ điều chỉnh dịch cực lò điện hồ quang bằng thiristor

Sơ đồ bộ điều chỉnh lò hồ quang bằng thyristor được chỉ ra trên (hình I

- 6) Sơ đồ điều chỉnh 1 pha

Bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang bằng thyristor là có triển vọngnhất Nó thoả mãn các yêu cầu đề ra và chỉ thua kém hệ thuỷ lực về sự tácđộng nhanh

Bộ điều chỉnh thyristor có thế làm việc với lò dung lượng 200T Động

cơ dịch cực có công suất 11KW Tốc độ dịch cực lớn nhất (4.5 ữ 5)m/ph khidùng thanh răng và 1.5m/ph khi dùng tời

Tín hiệu tỷ lệ với dòng Ihqvà áp Uhq của 1 pha từ các biến dòng TI vàbiến áp TU tới các bộ chỉnh lưu 1CL, 2CL Sự mất cân bằng giữa các tín hiệuđầu vào sẽ được đưa tới khâu vùng không nhạy KN Từ đó tới khâu khuếchđại bán dẫn KĐ còn có tín hiệu phản hồi âm tốc độ của động cơ dịch cực M

Từ khâu khuếch đại tín hiệu sai lệch sẽ tới khâu nguồn điều khiến ĐK và qua

đó tới các khâu xung pha: FX1,FX2 đế điều chỉnh góc mở thyristor cấp điệncho phần ứng động cơ M

Cấp điện cho khối khuếch đại là khối nguồn NG Nếu chế độ điện của

lò hồ quang tương ứng như chế độ đặt thì khối KĐ không có tín hiệu ra, động

cơ M không quay và không dịch cực

Neu chế độ làm việc mà sai lệch khỏi chế độ đặt (như Ihq tăng do ngắnmạch, Ưhq tăng do chua mồi hay đút hồ quang ) mà độ lớn tín hiệu vượt quávùng không nhạy của bộ điều chỉnh (oai,oa2 trên hình 1 - 7 )

Thì đầu ra khối KN có tín hiệu qua KĐ, ĐK, ^cDc

FXi, FX2 sẽ điều khiển mở thyristor cấp điện +Vmax

-Nõng

cho động cơ M quay dịch cực

Khi Uhq tăng thì động cơ hạ điện cực

xuống Tốc độ động cơ xác định bởi

hiệu số tín hiệu ra của khối không nhạy và

^ĩinòtUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn - 27

-r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

tín hiệu phản hồi âm áp Quy luật điều

Sũ ũũ mũch ũiũn hũ thũng truyũn Dũng ũiũn cũc dựng hũ T-ũ

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị QlyAìệp - DUioa điên 28

-r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

chỉnh hạ điện cực là tỷ lệ trên toàn giải tín hiệuvào kể cả khi đứt hồ quang

(đoạn a2, b2).Khi Ihq tăng thì động cơ nâng điện cực lên, ở vùng thay đối nhỏ của Ihq

thì tốc độ nâng tỷ lệ với số gia Alhq (đoạn ai,bi) ở vùng thay đối lớn của Ihq thìtốc độ nâng nhảy vọt, chế độ rơ le đạt được nhờ ốn áp Dz trong mạch phản hồi

âm điện áp

Đặc tính tĩnh như hình 6 cho khả năng loại trù' nhanh chế độ sai lệch(ngắn mạch, đứt hồ quang) và trong giai đoạn hoàn nguyên, các sai lệch nhỏkhông có tác động hoặc tác động ở vùng tốc độ nhỏ, do vậy loại trừ hiệntượng quá điều chỉnh

Công nghệ thực tế hiện nay của lò hồ quang việc truyền động dịch cực

có thế dùng động cơ điện 1 chiều hoặc động cơ điện xoay chiều không đồng

bộ Tuy nhiên viêc truyền động dùng động cơ KĐB đến nay vẫn bị hạn chếdùng bởi phương pháp điều khiến mặc dù trên thị trường đã có các bộ biếntần, nhưng giá thành còn đắt, việc điều chỉnh tốc độ còn nhiều khó khăn

Động cơ điện một chiều hiện nay được dùng rất phố biến trong các hệthống truyền động đặc biệt là trong truyền động dịch cực lò hồ quang Với ưuđiếm là dải điều chỉnh rộng, rễ điều chỉnh sâu, mạch điều chỉnh và mạch độnglực đơn giản, đặc tính cơ cứng, khả năng làm việc quá tải lớn Chính vì vậy

mà trong công nghệ lò hồ quang thường hay dùng động cơ điện 1 chiều kíchtù' độc lập

Với bản đồ án này em được giao đề tài:

“Thiết kế hệ thống điều khiển động CO’ điện một chiều, ứng dụng điều

khiển nâng hạ điện cực lò hồ quang”

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị QlyAìệp - DUioa điên 29

-~ĩlmi/iĩ mình ttề án tết tifjJtiỀp ttn UJ <Yi) i f t(Í Ị I I I Ị I U ~liùuli '(ìuOtnỊ

I •< •, « 1 « >11 | ■ • I ■ 1 1% || % % I «1

Cácjphuơng pháp điệu chỉnh tốc đô và vị trí đông cơ điên môt

chiều kỉch tuđổcìạp

Phần II các phưong pháp điều khiến tốc độ và vị trí động CO’ điện một chiều

kích từ độc lập Đ2.1 điều khiển tốc đô

1 Kháỉ nỉệm chung:

(7«ílờ«r/ r tìạì hoe CKụ ^7hít(ĩt @Ô4Uị QlyAìệp - DUioa (ĩĩêti 30

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

Cho đến nay động cơ điện một chiều được dùng rất phố biến trong các

hệ thống truyền động điện chất luợng cao, dải công suất của động cơ điện mộtchiều từ vài w đến hàng MW.

về phuơng diện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có nhiều ưuviệt hơn so với các loại động cơ khác Nó có khả năng điều chỉnh rễ dàng, cấutrúc mạch lực, mạch điều khiến đơn giản, đạt được chất lượng điều khiến caotrong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Trên thực tế nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện mộtchiều ở đây ta chi đưa ra 2 phương pháp chính là:

+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ

+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ (thay đối dòng kích

2 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng.

Thiết bị gồm:

+ Các bộ chỉnh lưu điều khiển

+ Máy điện một chiều kích từ độc lập

Vì nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đối này

có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

Phương trình đặc tính của hệ thống ở chế độ xác lập như sau:

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

Vì từ thông của động cơ được giữ không đối nên độ cứng đặc tính cơcũng không đối, còn tốc độ không tải lý tưởng còn tuỳ thuộc vào điện áp điềukhiển Uđk của hệ thống Do đó có thế nói phương pháp điều khiến này là triệt

để.Trong phạm vi phụ tải cho phép có thế coi các đặc tính cơ tĩnh củatruyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện ápphần ứng thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó

độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điềuchỉnh

Ta có đặc tính cơ khi thay đối điện áp phần ứng như hình vẽ:

3 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ.

Điều chỉnh từ thông kích tù' của động cơ điện một chiều là điều chỉnhmômen điện từ của động cơ: Eư = K*cp*co

Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến vì vậy hệ điều chỉnh từthông cũng là hệ phi tuyến

^ĩinò tUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti điên 32

b ^ k

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

k

Trong đó: r^: Điện trở dây quân kích từ

Tịy".Điện trở nguồn điện áp kích từ

(ứỵ: số vòng dây của dây quấn kích từ.

Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:

** r+r \ ệ = f ( i k )

Thông thuờng khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng đuợc giữnguyên bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điềuchỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông địnhmức và được gọi là đặc tính cơ bản.(đôi khi chính là đặc tính cơ tự nhiên củađộng cơ)

Sơ đồ thay thế và đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnhjtừ thông động cơ

-r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

4 Các hệ thống trong công nghỉệp dùng để thay đổi tốc

đô đông cơ điên môt chiều.

Cấu trúc mạch lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điệnmột chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đối, các bộ biến đối này cấp điện ápcho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ Đen nay trong côngnghiệp vẫn sử dụng bốn bộ biến đối chính là

- Bộ biến đổi máy điện gồm: Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiềuhoặc máy điện khuếch đại (KĐM)

- Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT)

- Bộ biến đối chỉnh luu bán dẫn: Chỉnh luu thyristor (CLT)

- Bộ biến đối xung áp 1 chiều: Thyristor hoặc tranzitor (BBĐ XA).Tuơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động

nhu sau:

- Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ)

- Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ)

- Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ)

- Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor - động cơ (T - Đ)

- Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA - Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động điều khiển tốc độđộng cơ điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyềnđộng điều chỉnh tự động) và loại điều khiển hở (ta có hệ truyền động điềukhiển hở)

Hệ truyền động điều chỉnh tự đông có cấu trúc phức tạp, nhưng có chấtlượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ điều chỉnh truyềnđộng hở

Với các hệ truyền động như trên ở đồ án này ta dùng hệ thống truyềnđộng chỉnh lưu thyristor - động cơ (T - Đ) Vì nó có ưu điếm: Gọn nhẹ, hoạtđộng không gây tiếng ồn, mạch điều khiến đơn giản,quán tính hãm, dừng, đảo

(7«rò«r/ r t)ạì hoe CKụ r c,Tituật Pỗníị QtyhiỀp - DUioa íĩỉên 34

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

chiều rễ dàng, rễ tự động hoá, không tốn diện tích lắp đặt, đạt được các chỉtiêu về kinh tế và kỹ thuật

5 Phân tích quá trình điều chỉnh và đặc tính cơ của hệ

truyền động

ở chế độ dòng điện liên tục: Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng điệnphần ứng động cơ điện

Khi thay đối góc điều khiến oc từ 0 ữ 71, sđđ bộ chỉnh lưu biến thiên từ

Edo đến -Edo và ta được một họ đặc tính song song nhau nằm ở bên phải củamặt phang toạ độ (co, I) do các van cho dòng điện phần ứng đối chiều Cácđặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi thành phầnsụt áp ÀƯk do hiện tượng chuyến mạch giữa các van bán dẫn gây lên khi abiến thiên trong vùng 0< a < — thì bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu,động cơ có thế làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E còn dương và ở chế độhãm ngược nếu sđđ E đối chiều

Khi tăng — < a < otmax và tải có tính chất thế năng để quay ngược

chiều động cơ thì cả sđđ Ed và E đều đổi dấu

hãm tái sinh, dưới tác dụng của sđđ động cơ

mà các van thyristor sẽ dẫn dòng trong thời gian nửa chu kỳ âm của điện áp

chế độ nghịch lưu phụ thuộc, biến cơ năng của tải thành điện năng xoay

chiều, cùng tần số với lưới và trả về lưới điện

Neu sđđ động cơ lớn hơn giá trị trungbình của sđđ của BBĐ thì dòng điện phần ứngchảy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độSũ ũũ thay thũ hũ T - ũ

^ĩinòtUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn 35

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : f<fiíjẤtụễn £7'hành ^OuútUỊ

Đặc tính cơ của hệ truyền động T - Đ:

m

Biờn liờn tũc

M,I

Hỡnh: II-4

Đ2.2: phân tích đối tưọng điều khiển

(Động cơ điện một chiều kích từ độc lập)

1 Chế đô xác lâp của đông cơ điên môt chiều.

Khi đặt nên dây quấn kích từ một điện áp Ưk nào đó thì trong dây quấnkích từ sê có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông ộ Sau đóđặt một giá trị điện áp u lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sê

ttrnòíi íỊ r tìại hoe 3£tị {'dhuăt @ônịị QlyAìệp DUioa điên 36

-Q'luiụềí minh itè án tết nụhiệp EQ «ể> SCJ) : f<fiíjẤtụễn £7'hành ^OuútUỊ

CÓ dòng điện I chạy qua Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kíchtù' tạo thành mômen điện từ Mômen này có giá trị như sau:

Trong đó: 00 là tốc độ góc cuả rôto

ở chế độ xác lập có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằng

điện áp phần ứng

_U-R U./

co =

-— -Kệ

Trong đó: Ru là điện trở mạch phần ứng động cơ

2 Chế đô quá đô của đông cơ điên môt chiều.

Rk: Điện trở cuộn dây kích từ.Mạch phần ứng: U(P) = RưI(P) + UP.ICP) ± N„P<|)(P) + E(P)

Hoặc dưới dạng dòng điện:

^ĩinòtUỊ CỊ)ạl hoe ~ỈCĨỊ Pĩtiiíảt (PôntỊ QlyAìệp - DUioa điên 37

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

m = fỷjT [U(P) ± NPệ(P) - E(P) ]

Lu: Điện cảm mạch phần ứng

Nn: Số vòng dây cuộn kích tò ộ nối tiếp (với động cơ kích từ độc lập thì

Nn=0)

Tu = Lu/Ru: Hằng số thời gian của mạch phần ứng

Ta có phương trình chuyến động của hệ thống

M(P)-Mc(P)=jPcoTrong đó:

J: là mômen quán tính của các phần chuyến động quy đối về trục độngcơ

• Trường họp khi từ thông kích từ không đổi.

Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi hoặc khi động cơ đuợc kíchthích bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số

K(|) = cu = constƯ(P) = RUI(P)*(1 + PTU) + Cu* co(P)

CUI(P) - MC(P) = jPco(P)

• Trường họp điện áp phần ứng không đổi.

Khi giữ điện áp phần ứng không đối và điều chỉnh điện áp kích từ thì

do tính chất phi tuyến của mạch từ nên tốt nhất là sử dụng sơ đồ tuyến tínhhoá quanh điếm làm việc

3 Các chế đô hãm của đông cơ điên môt chiều.

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc

độ quay Trong tất cả các chế độ hãm thì động cơ đều làm việc ở chế độ máyphát

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm là Hãm táisinh, hãm ngược và hãm động năng

a Hãm tái sinh.

^ĩinòtUỊ ( Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn 38

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn £7'hành ^OuútUỊ

Hãm tái sinh sảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ khôngtải lý tưởng Khi hãm tái sinh Eư > uu động cơ làm việc như một máy phátđiện song song với lưới, so với chế độ động cơ dòng và mômen hãm đã đốichiều và được xác định theo biếu thức

J _ U U ~ E U _ Kệ.co 0 - Kệ.(ù ;0

M|, = KỘ.Ih < 0

Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải thì hệ

thống làm việc ổn định với tốc độ Cừ0đ > COo

-Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn £7'hành ^OuútUỊ

với mômen điện từ của động cơ Mômen sinh ra của động cơ khi đó chống lại

sự chuyến động của cơ cấu sản xuất

Có hai trường hợp hãm ngược

- Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng

- Đảo chiều điện áp phần ứng

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ với tải Mc tađối chiều điện áp phần ứng đưa thêm điện trở phụ vào trong mạch, động cơchuyến sang làm việc tại điểm B

Trên đặc tính biến trở tại B mômen đã đối chiều chống lại chiều quaycủa động cơ nên tốc độ giảm theo đoạn BC

Tại c tốc độ bằng 0 nếu ta cắt phần ứng ra khỏi nguồn điện thì động cơ

sẽ dừng lại, còn nếu vẫn giữ điện áp nguồn đặt vào động cơ tại điểm mômenđộng cơ lớn hơn mômen cản Mc thì động cơ sẽ quay ngược và làm việc ổnđịnh tại điếm D, đoạn BC là đoạn hãm ngược

-^Thnụẻt minh itề tín tút ntịhlèp ò» 03 »é> tS r () ĩ Qtạuụễn Qihíinh (Oườnạ:

u Ru+Rf

(0 = - — ^ - - ' 7

K ệ ( K ệ ) 2

Như vậy ở đặc tính hãm sđđ tác dụng cùng chiều với điện áp lưới

Động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện biến năng lượng

nhận được thành nhiệt năng đốt nóng điện trở tông của mạch phần ứng vì

R u +R h J

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> SCJ) : C(fiíjẤiụễn £7'hành ^OuútUỊ

Tại thời điếm ban đầu tốc độ động cơ vẫn có giá trị COhđ nên Ehđ =

KỘ.COhđ và dòng điện hãm ban đầu là:

J_ Eụ _ Kệ.co hd

" + Rf K + Rf Tuơng ứng với mômen hãm ban đầu là:

Mhđ - KỘIhđ < 0

Hai biểu thức trên chứng tỏ dòng hãm Ihđ và Mhđ ngược chiều với tốc

độ ban đầu của động cơ Khi hãm động năng uư = 0 nên ta có phương trình

đặc tính cơ như sau:

-( Jhuụêt minh itè án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \jhành (Dưưnụ.

So với phương pháp hãm ngược thì hãm động năng hiện quả kém hơnkhi chúng có cùng tốc độ cùng mômen cản

Với phương pháp hãm ngược thì sđđ tác dụng cùng chiều với điện áplưới, động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện biến điện năngnhận được từ lưới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trởtống mạch phần ứng Vì vậy gây tốn thất năng lượng

Với hãm tái sinh Ih đổi chiều và công suất được trả về lưới Mà hệthống truyền động dịch cực lò hồ quang là hệ thống có đảo chiều dùng 2 BBĐmắc song song ngược nên phương pháp hãm tái sinh là phương pháp kinh tếnhất