TBD HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Từ những đặc điểm trên, có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động và trang bị điện cho các cơ cấu của cầu trục: - Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản; - Các

Chương 6

TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG

6.1 TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CẦU TRỤC

6.1.1 Những đặc điểm cơ bản của hệ truyền động điện và trang bị điện – điện tử cầu trục

Cầu trục điện có kết cấu đa dạng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực khácnhau Trong các xí nghiệp luyện kim, trong các xí nghiệp công nghiệp thường lắp đặt các loạicầu trục để vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm Trong các xí nghiệptuyển than, tuyển quặng, trên các bãi chứa than của các nhà máy nhiệt điện thường lắp đặt cầutrục xếp dỡ Trên các công trường xây dựng dân dụng công nghiệp và dân dụng lắp đặt các loạicần cẩu tháp, v.v

Ngoài các loại cầu trục lắp đặt cố định ở trên còn sử dụng cần cẩu di động như: Cầncẩu ô tô, cần cẩu bánh xích, cần cẩu nổi v.v

Hình 6-1 trình bày cấu tạo và trang bị điện của cầu trục

Hình 6-1 Cấu tạo và trang bị điện của cầu trục

Trong mỗi cầu trục có ba hệ truyền động chính: Di chuyển xe cầu, di chuyển xe con(xe trục) và nâng - hạ hàng

- Cơ cấu di chuyển xe cầu: Di chuyển toàn bộ dầm cầu trên đường ray lắp đặt dọctheo chiều dài của nhà xưởng

139

Cơ cấu di chuyển xe con: Di chuyển cơ cấu nâng hạ theo chiều ngang của nhàxưởng,

- Cơ cấu nâng hạ hàng hóa

- Cơ cấu nâng hạ hàng lắp trên xe con di chuyển dọc theo dầm cầu (theo chiều ngangcủa nhà xưởng) Cơ cấu bốc hàng của cầu trục có thể dùng móc (đối với những cầu trục côngsuất lớn có hai móc hàng: Cơ cấu móc hàng chính có tải trọng lớn và cơ cấu móc phụ có tảitrọng bé) hoặc dùng gầu ngoạm, bàn từ

Trên cầu trục được trang bị 4 động cơ truyền động: hai động cơ di chuyển xe cầu 7

và 16, động cơ di chuyển xe con 10 và động cơ nâng hạ hàng 12 Phanh hãm điện từ 6, 11,

14, 18 lắp hợp bộ với động cơ truyền động Điều khiển các động cơ truyền động bằng các bộkhống chế 3 trong cabin điều khiển Hộp điện trở 8 dùng để khởi động và điều chỉnh tốc độcác động cơ được lắp đặt trên dầm cầu Bảng bảo vệ 2 để bảo vệ quá tải, bảo vệ điện ápthấp, bảo vệ điện áp “không” được lắp đặt trong cabin điều khiển Để hạn chế hành trình dichuyển của các cơ cấu dùng các công tắc hành trình 9 và 17 cho cơ cấu di chuyển xe cầu; 4

và 5 cho cơ cấu di chuyển xe con và 13 cho cơ cấu nâng - hạ hàng

Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục được xác định từ các yêu cầu của quá trình côngnghệ, chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất Cấu trúc của cầu trục rất đa dạng Việcthiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể

Động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục làm việc trong trong điều kiện rất nặng

nề, môi trường làm việc khắc nghiệt: Nơi có nhiệt độ cao, nhiều bụi, độ ẩm cao và nhiều loạikhí, hơi gây cháy, nổ Chế độ làm việc của động cơ là chế độ ngắn hạn lặp lại với tần sốđóng cắt lớn, mở máy, hãm, đảo chiều quay, dừng liên tục Do vậy, người ta sản xuất nhữngđộng cơ chuyên dùng cho cầu trục Đó là các động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc,

rô to dây quấn, động cơ điện một chiều kích thích song song hoặc nối tiếp

Từ những đặc điểm trên, có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động

và trang bị điện cho các cơ cấu của cầu trục:

- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản;

- Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế dễ dàng;

- Trong mạch điều khiển phải có có thiết bị bảo vệ mất điện áp (bảo vệ điện áp

“không”), quá tải và ngắn mạch;

- Quá trình mở máy diễn ra theo một luật được định sẵn;

- Sơ đồ điều khiển các hệ các hệ truyền động và từng động cơ phải độc lập nhau;

- Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi cho xe cầu, xe con; hạn chế hànhtrình lên của cơ cấu nâng - hạ;

- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp;

- Tự động ngắt nguồn cấp khi có người làm việc trên xe cầu, khi mở cửa cabin

6.1.2 Tính chọn công suất động cơ truyền động cho các cơ cấu chính của cầu trục

a) Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ

* Tính toán phụ tải

Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ có vai trò quan trọng trong các máy nâng - vậnchuyển nói chung và trong cầu trục nói riêng Hình 6-2 mô tả sơ đồ động học của cơ cấu nâng -

hạ hàng với cơ cấu bốc hàng dùng móc

- Khi nâng tải

Lực đặt lên cáp nâng được tính theo biểu thức:

F = (G G g 0)

m

G - Khối lượng của hàng hoá, kg;

G0 - Khối lượng của cơ cấu bốc hàng, kg;

140

-m - Bội số của ròng rọc, trong trường hợp này -m = 2;

Khi nâng không tải (G = 0) lực đặt lên cáp nâng:

ηt - Hiệu suất của tang nâng

Rt – Bán kính của tang nâng, m

Mô men đặt lên trục động cơ:

Mn = Mt

i, η - Tỷ số truyền và hiệu suất của

cơ cấu truyền lực:

ηbr - Hiệu suất của cặp bánh răng;

Công suất của động cơ truyền động

phụ thuộc vào tốc độ nâng:

Trong các công thức trên hiệu suất ηc

lấy bằng định mức khi tải trọng bằng định

mức Khi tải trọng khác định mức cần xác

định ηc theo tải trọng như hình 6-3

- Khi hạ tải:

Có hai chế độ hạ tải: Hạ động lực và

hạ hãm Hạ động lực thực hiện khi tải trọng

nhỏ Khi đó mô men do tải trọng sinh ra

không đủ để thắng mô men ma sát trong cơ

cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ

Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn

Khi đó mô men do tải trọng gây ra rất lớn

Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ

cho tải trọng được hạ với tốc độ ổn định

Mô men trên trục động cơ do tải trọng

Truyền động bánh răng

Tang nâng

Bộ phận móc hàng hàng

Khi hạ tải, năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động nên:

Mh – Mô men trên trục động cơ khi hạ tải, Nm;

∆M - Tổn thất mô men trong cơ cấu truyền động, Nm;

ηh - Hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải

12

Đối với những tải trọng tương đối lớn (ηc > 0,5) ta có ηh > 0, Mh > 0 Điều đó có nghĩa là

mô men động cơ ngược chiều với mô men tải Động cơ làm việc ở chế độ hạ hãm;

Đối với những tải trọng nhỏ (ηc < 0,5) thì ηh < 0, Mh < 0, mô men động cơ cùngchiều với mô men tải, động cơ làm việc ở chế độ hạ động lực

* Tính thời gian đóng điện tương đối (TS%)

Chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng - hạ bao gồm các giai đoạn sau: Hạ không tải,nâng tải, hạ tải và nâng không tải, giữa các giai đoạn thường có thời gian nghỉ

Khi tính toán TS% ta bỏ qua thời gian mở máy và hãm máy

Thời gian của một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng - hạ có thể tính theo năng suất Q

* Chọn công suất động cơ

Công suất động cơ có thể chọn theo phụ tải trung bình Mtb hoặc phụ tải đẳng trị Mđtkết hợp với thời gian đóng điện tương đối TS%

Mtb =

n

i i 1 n i 1

M t k

t

∑

142

-Mđt =

2

i i 1 n i 1

M t t

∑

Với Mi là mô men ở các khoảng thời gian ti, k = 1,2 ÷ 1,3; k là hệ số phụ thuộc vào

độ nhấp nhô của đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm máy

Công suất động cơ được chọn:

MHĐC≥ Mtb;

MHĐC≥ Mđt

* Kiểm tra lại động cơ

- Kiểm tra điều kiện phát nóng

Để kiểm tra lại động cơ đã chọn, cần phải xây dựng đồ thị phụ tải chính xác sau khi đãxét đến thời gian mở máy, hãm máy Ta phải tính lại thời gian đóng điện tương đối thực TS% th:

và tính lại mô men đẳng trị chính xác Mđtcx

Động cơ được chọn đúng khi:

MHĐC≥ Mđtcx = Mtc th

tc

TS TS

Với động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp nên sử dụng phương pháp tổn thấttrung bình và dòng điện đẳng trị

Với động cơ không đồng bộ, phương pháp tổn thất trung bình và dòng điện đẳng trịcho kết quả chính xác hơn các phương pháp khác

- Kiểm tra theo điều kiện mở máy

Theo số liệu kỹ thuật và sơ đồ đấu dây của động cơ ta xác định mô men mở máy củađộng cơ

Đối với động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc:

M1, M2 – Mô men cực đại và mô men mở máy khi chuyển tiếp

Sau đó kiểm tra lại động cơ theo điều kiện mở máy

143

Kiểm tra theo điều kiện quá tải.

b) Động cơ truyền động cơ cấu di chuyển xe cầu và xe con

Đối với cơ cấu di chuyển, lực cản tĩnh phụ thuộc vào khối lượng hàng và khối lượngcủa cơ cấu, trạng thái đường đi của cơ cấu di chuyển, cấu tạo và chế độ bôi trơn cho cơ cấu(cổ trục, khớp nối, bản lề v.v ) Đối với cầu trục lắp đặt ngoài trời còn chịu tác động phụcủa gió Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu chuyển động trên đường ray được trình bày trên hình6-4

Trong trường hợp này, lực cản chuyển động được tính theo biểu thức:

G - Khối lượng hàng hoá, kg;

G0 - Khối lượng của cơ cấu bốc hàng, kg;

Gx - Khối lượng của xe, kg;

kms - Hệ số có tính đến ma sát giữa mép bánh xe và đường ray, (kms = 1,2 ÷ 1,5);

Nếu cơ cấu di chuyển trên đường dốc có góc nghiêng α, toàn bộ lực cản Fc’ đượctính theo biểu thức:

Fc’ = 0 x

ct b

(G + G + G )g

(βr + f)

R cosα± (G + G0 + Gx)gsinα, N (6-22)Đối với các cơ cấu làm việc ngoài trời cần phải tính thêm lực cản của gió:

vΣ - Tốc độ tổng của cơ cấu và gió, m/s

Mô men của động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động:

M = F R c b

Trong đó: Fc - Lực tính theo biểu thức (6-21), (6-22) và có thêm Fg ở (6-23), N;

i - Tỷ số truyền từ động cơ đến bánh xe;

η - Hiệu suất của cơ cấu

Công suất của động cơ khi di chuyển có tải được tính theo công thức:

P = F v c

Với v - Tốc độ di chuyển theo phương ngang của xe, m/s

Công suất của động cơ khi di chuyển không tải:

P0 = F v 0

F0 được tính theo công thức (6-21) khi cho G = 0

Chọn công suất động cơ, kiểm tra lại động cơ đã chọn được tiến hành theo các bướcgiống như ở động cơ truyền động cho cơ cấu nâng - hạ

144

-(G+G

0)g

Hình 6-4 Sơ đồ lực của cơ cấu di chuyển

F

Hình 6-5 Cấu tạo của phanh guốc lò xo

1, 7- Cánh tay đòn của cơ cấu phanh; 2- Lõi của lò xo; 3- Lò xo; 4- Giá định hướng; 5- Vòng đệm chặn; 6- Trục động cơ; 8- Cuộn dây của nam châm điện; 9- Guốc phanh và má phanh

Hình 6-5 trình bày cấu tạo của phanh guốc lò xo

Bình thường, cuộn dây nam

châm 8 điện không có điện, lò xo 3

sẽ tác động vào cơ cấu đòn bẩy 1, 7

để guốc phanh 9 ép chặt vào trục

động cơ 6 Khi động cơ được cấp

điện để quay thì đồng thời cuộn dây

nam châm điện 8 có điện và nam

châm sẽ hút nắp từ động, gây

chuyển động các cơ cấu đòn bẩy,

kéo căng lò xo 3 để guốc phanh 9

nới lỏng trục động cơ, do đó động

cơ có thể quay

Khi động cơ bị cắt điện thì

cuộn dây nam châm bị mất điện,

phanh sẽ tác động nhờ lò xo 3 và ép

chặt vào trục động cơ, động cơ sẽ

ngừng quay

Sơ đồ động học của phanh

đai và phanh guốc có đối trọng ở

hình 6-6

Hình 6-6 Sơ đồ động học của phanh đai và phanh guốc có đối trọng

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ như sau:

Khi động cơ được cấp điện để quay thì đồng thời cuộn dây nam châm điện NC có điện,nam châm sẽ hút lõi thép phần động (lõi thép phần động của nam châm được nối với hệ thốngđòn bẩy của phanh hãm) Lực hút của nam châm điện sẽ nâng cánh tay đòn L theo chiều đi lên,nâng đối trọng làm cho đai phanh (hình 6-6a hay guốc phanh (hình 6-6b) không ép chặt vào trụcđộng cơ do đó động cơ có thể quay Khi mất điện, do khối lượng phần ứng của nam châm điện

a)

L a

Gnc và đối trọng phụ Gph, cánh tay đòn L hạ xuống và đai phanh hoặc guốc phanh ghì chặt trụcđộng cơ

Đối với loại phanh hành trình ngắn(phanh đai hoặc phanh guốc có lò xo), khi mấtđiện, dưới tác dụng của lực lò xo, đai phanh sẽ épchặt lấy trục động cơ

Cấu tạo của phanh hãm điện từ kiểu đĩađược trình bày trên hình 6-7

Cấu tạo của phanh đĩa gồm các phầnchính: Đĩa phanh quay 2 được nối với trục củađộng cơ, lò xo ép 4, nam châm điện 5 Phần ứngcủa nam châm được bắt chặt với đĩa 3 Số lượngnam châm điện và gujiong cùng hướng 1 có bacái, phân bố đều theo đường tròn của cơ cấuphanh với góc lệch nhau 1200 Đĩa phanh 3 có thể

di chuyển tự do dọc theo gujong 1 Khi cấp điệncho cuộn dây của nam châm điện, lực điện từ sẽkéo phần ứng cùng đĩa 3, giải phóng trục của cơcấu

Ngoài các phanh hãm điện từ chúng tôi

đã nêu trên, trong hệ truyền động điện còn sửdụng phanh hãm điện – thủy lực Phanh hãm điện– thủy lực tuy có nhược điểm là thời gian tácđộng lớn hơn phanh điện từ nhưng có nhiều ưuđiểm hơn: Bền, khối lượng nhỏ, không gây vađập khi phanh và hãm phanh, chi phí năng lượngthấp

để khống chế các động cơ truyềnđộng các cơ cấu của cầu trục cócông suất nhỏ với chế độ làm việcnhẹ hoặc trung bình

- Bộ khống chế từ gồm bộ khống chế chỉ huy và hệ thống rơle và công tắc tơ Cáctiếp điểm của bộ khống chế chỉ huy đóng - cắt các phần tử trong mạch động lực của hệtruyền động một cách gián tiếp thông qua hệ thống tiếp điểm của các phần tử trung gian (nhưrơle và công tắc tơ) Bộ khống chế từ thường dùng để điều khiển các động cơ truyền độngcác cơ cấu của cầu trục có công suất trung bình và lớn làm việc trong chế độ nặng nề và rấtnặng nề với tần số đóng - cắt điện lớn (hơn 600 lần/giờ)

Về cấu tạo có hai kiểu:

- Kiểu tay gạt (hình 6-8a) có 3 vị trí: Tiến, lùi, “0” thường dùng với những cầu trục

có tải trọng bé, chế độ làm việc nhẹ nhàng, các chỉ tiêu về truyền động điện không cao

146

-Hình 6-7 Cấu tạo của phanh đĩa

INCLUDEPICTURE "http://china-thietbi.com/iem/uploads/lssine/image00245.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://china-thietbi.com/uploads/KTJ1-80-3,-50-1.jpg" \* MERGEFORMATINET

Hình 6-8 Bộ khống chế

Hình 6-10 Cấu tạo của hệ thống TĐ cứng

- Kiểu vô lăng (hình 6-8b) có số tiếp điểm nhiều hơn (11 vị trí: 5 tiến, 5 lùi, “0”)

c) Hộp điện trở

Hộp điện trở dùng trong cầu trục để hạn chế dòng điện mở máy, hạn chế dòng khihãm dừng và điều chỉnh tốc độ đối với các động cơ điện một chiều và động cơ không đồng

bộ rô to dây quấn

Điện trở thường dùng trong cầu trục có hai loại:

- Điện trở làm từ gang đúc (hình 6-9a) dùng cho động cơ có công suất lớn Các phần tửđiện trở từ gang đúc sẽ lắp thành hộp điện trở cho phép làm việc ở chế độ dài hạn có trị sốdòng làm việc từ (215 ÷ 240)A với trị số của hộp điện trở tương ứng là (0,1 ÷ 7,1) Ω

- Đối với động cơ công suất nhỏ và trung bình dùng dây điện trở tiết diện tròn hoặc tiếtdiện chữ nhật (hình 6-9b) Điện trở dây được chế tạo từ kim loại hoặc hợp kim có điện trở suấtcao như hợp kim constantan, fecran (Ni-Al) Dây điện trở được quấn trên tấm kim loại có sứcách điện

Hình 6-9 Cấu tạo hộp điện trở

d) Hệ thống tiếp điện

Trong quá trình làm việc, các cơ cấu

của cầu trục ở trạng thái chuyển động vì vậy

để cấp điện cho các động cơ truyền động các

cơ cấu của cầu trục, các thiết bị điều khiển

lắp đặt trên cầu trục di chuyển, người ta

dùng một hệ thống tiếp điện đặc biệt gọi là

đường trolley Có hai hệ thống tiếp điện:

- Hệ thống tiếp điện cứng thường

dùng cho các loại cầu trục tải trọng lớn,

cung đường di chuyển dài

- Hệ thống tiếp điểm bằng dây

cáp

mềm dùng cho cầu trục tải trọng nhỏ, cung

đường di chuyển không dài và thường

gặp

trong trrường hợp cung cấp điện cho palăng

điện

Hình 6-10 mô tả kết cấu của hệ thống tiếp điện cứng

Ba thép góc 1 (loại 50x50x5) đến (70x70x10) mm được gá trên giá đỡ đường tiếpđiện nằm dưới cầu trục và cách điện bằng sứ đỡ 2

147

Bộ lấy điện gồm thép góc 1 được gá lên đầu nối cáp bằng gang 3, qua ba đường cápmềm 4 cấp điện đến động cơ và thiết bị điều khiển của cầu trục

e) Bảng bảo vệ

Hình 6-11 Bảng bảo vệ xoay chiều

Khi điều khiển các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục dùng bộ khống chế,

để bảo vệ các động cơ đó người ta dùng bảng bảo vệ lắp trong cabin của người điều khiển.Trên bảng bảo vệ lắp các thiết bị để bảo vệ cho động cơ với những chức năng bảo vệ sau:

- Bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì (Itđ≥ (2,25 ÷ 2,5)IH)

- Bảo vệ điện áp thấp khi điện áp lưới thấp hơn 0,85UH bằng chính cuộn dây củacông tắc tơ Dg

- Bảo vệ điện áp “không” bằng ba bộ khống chế nghĩa là không cho phép động cơ tự mởmáy khi có điện áp trở lại sau thời gian mất điện (chỉ được phép mở máy khi tay quay của bộkhống chế nằm ở vị trí “0”)

- Cắt điện cấp cho cầu trục khi có người làm việc trên dầm cầu bằng công tắc hànhtrình KB liên động với cửa ca bin điều khiển

- Bảo vệ quá tải bằng các rơ le dòng điện cực đại:

Đến động cơ truyền động

cơ cấu di chuyển xe trục

Đến động cơ truyền động cơ cấu di chuyển

0 H

KTT

KLT

KTC

KLC KC

Dg

T 0

Đến động cơ nâng - hạ

KC nâng - hạ

KC xe con

KC xe cầu

KTC KLC 3Dg

KTT KLT 2Dg

KNN 1Dg

D

0Dg

RC

0Dg

Hình 6-12 Bảng bảo vệ một chiều

Có hai loại bảng bảo vệ:

* Bảng bảo vệ xoay chiều (hình 6-11)

Các khí cụ điện trên bảng bảo vệ gồm: Cầu dao 3 pha CD, cầu chì CC, công tắc tơđường dây Dg, rơ le dòng điện cực đại ORC1, ORC2, 1RC, 2RC và 3RC Các rơ le dòngđiện cực đại được mắc và chỉnh định như sau:

+ ORC1, ORC2: Được mắc trên hai pha của nguồn, chung cáp nối đến 3 động cơ.Dòng điện tác động của rơ le ORC: Itđ = 1,5(IH1 + IH2 + IH3) với IH1, IH2, IH3 là dòng điện địnhmức của các động cơ

+ 1RC, 2RC, 3RC mắc trên pha còn lại đến các động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ,

cơ cấu di chuyển xe trục, cơ cấu di chuyển xe cầu có Itđ = 2,5IH

149

-Ngoài ra còn có nút ấn khởi động M, công tắc hành trình KNN, KTT, KTC, KLT,KLC và KB Hạn chế hành trình nâng của cơ cấu nâng - hạ bằng công tắc hành trình KNN,hạn chế hành trình tiến và lùi của cơ cấu di chuyển xe trục (xe con) bằng công tắc hành trìnhKTT và KLT, với cơ cấu di chuyển xe cầu bằng công tắc hành trình KTC và KLC.

Nguyên lý làm việc của bảng bảo vệ:

Công tắc tơ đường dây Dg chỉ có điện khi ấn nút khởi động M, vị trí của ba bộkhống chế nằm ở vị trí “0” (các tiếp điểm 1-2 kín), cửa buồng cabin đóng (KB kín), tiếpđiểm ORC, RC kín (ba động cơ truyền động không bị quá tải) Khi đó hai tiếp điểm củacông tắc tơ đường dây Dg đóng, cung cấp điện cho mạch điều khiển và các động cơ

* Bảng bảo vệ một chiều

Ở hình 6-12, bốn công tắc tơ đường dây 0Dg, 1Dg, 2Dg, 3Dg cấp nguồn cho động

cơ và mạch điều khiển

Công tắc tơ 0Dg ở trạng thái có điện trong thời gian cầu trục làm việc, còn các côngtắc tơ 1Dg, 2Dg, 3Dg chỉ có điện khi ba bộ khống chế KC đóng sang phải hoặc sang trái.Nút ấn thường kín D mắc trong mạch các cuộn dây 1Dg, 2Dg, 3Dg không cho phép các côngtắc tơ đó tác động khi ấn nút ấn M

Các cuộn dây nam châm của các cơ cấu phanh hãm điện từ NCN, NCT và NCC đượcnối song song với phần ứng của các động cơ truyền động tương ứng qua các tiếp điểm 1Dg,2Dg, 3Dg

f) Bàn từ bốc hàng

Cầu trục từ thường được dùng trong các xí nghiệp luyện kim dùng để vận chuyển cácnguyên vật liệu nhiễm từ như sắt thép v.v Cầu trục từ khác với các loại cầu trục thôngthường ở cơ cấu lấy tải: Thay cho móc hoặc gầu là một bàn từ (nam châm điện) Hình dạng,kích thước của bàn từ gồm bốn loại điển hình như hình 6-13

- Bàn từ dạng tròn (hình 6-13a, a’): Dùng để vận chuyển các chi tiết bằng gang, sắt,thép có kích thước nhỏ, hình dạng khác nhau (sắt thép vụn, phoi, đinh v.v );

- Bàn từ mặt cầu lõm (hình 6-13b): Dùng để vận chuyển các vật liệu nhiễm từ códạng hình cầu lớn;

- Bàn từ hình chữ nhật (hình 6-13c): Dùng để vận chuyển các vật liệu nhiễm từ cókích thước dài như: Thép tấm, đường ray, ống thép dài

- Bàn từ dạng xà (hình 6-13d): Dùng để vận chuyển các vật nhiễm từ có khối lượng

Lực nâng của bàn từ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu của hàng cần vận chuyển,vào nhiệt độ của cuộn dây nam châm điện và nhiệt độ của sắt thép cần vận chuyển Thực tếvận hành cho thấy khi nhiệt độ của sắt thép hoặc gang bằng hoặc lớn hơn 7200C, lực nânggiảm xuống bằng không vì khi đó các vật liệu nhiễm từ mất từ tính

Bàn từ có điện cảm và từ dư rất lớn nên khi thiết kế mạch điều khiển cầu trục từ cầnchú ý bảo quá điện áp cho cuộn dây nam châm điện khi cắt điện và khử từ dư khi dỡ hàng

150

a’)

Hình 6-13 Các loại bàn từ bốc hàng

6.2.4 Sơ đồ điều khiển cầu trục

Có một số sơ đồ điều khiển cầu trục điển hình sau:

1 Điều khiển cầu trục bằng bộ điều khiển động lực

Đây là sơ đồ dùng để khống chế cơ cấu nâng hạ của cầu trục có tải trọng nhỏ và trungbình với chế độ làm việc nhẹ nhàng Hình 6-14a trình bày sơ đồ điều khiển động cơ rô to dâyquấn dùng bộ điều khiển động lực H-51 là loại đối xứng có 5 vị trí bên phải (1 ÷ 5) ứng với chế

độ làm việc nâng hàng (đối với cơ cấu nâng - hạ) và chạy tiến (với cơ cấu di chuyển), 5 vị tríbên trái ứng với chế độ hạ hàng (đối với cơ cấu nâng - hạ ) và chạy lùi (với cơ cấu di chuyển), 1

vị trí ở 0

Bộ khống chế điều khiển có 12 tiếp điểm: 4 tiếp điểm (K1, K3, K5, K7) dùng cho mạchstato để đảo chiều quay động cơ 5 tiếp điểm K2, K4, K6, K8, K10 dùng cho mạch rô to đểđóng cắt các điện trở phụ trong mạch rô to 3 tiếp điểm K9, K11, K12 dùng cho mạch điềukhiển Bộ khống chế động lực này có thể dùng để điều khiển cơ cấu nâng hạ cũng như cơ cấu

KT KL Dg KB

CT RCDg

Dg Dg Dg

1RC 2RC ORC

5

CD1

CD2

~3 NCH

Hình 6-14 Sơ đồ điều khiển cầu trục bằng bộ điều khiển động lực

Trường hợp cần dừng chính xác, với mô men M1 ta có tốc độ thấp n1

Để hạ hàng ở tốc độ thấp khi không tải với bộ khống chế động lực thường khôngthực hiện được vì các đặc tính cơ này mềm Tốc độ thấp nhất chỉ có thể thực hiện được ởchế độ hạ hãm với tốc độ cao hơn tốc độ không tải lý tưởng (hãm tái sinh), ví dụ, với phụ tải

M1 (hình 6-14b) thì tốc độ hạ thấp nhất là n2

Nếu bộ khống chế động lực dùng loại không đối xứng, khi vặn tay quay của bộkhống chế ở vị trí số 1 bên trái (hạ hàng), động cơ làm việc như động cơ không đồng bộ 1pha, đặc tính cơ của động cơ trong trường hợp này có dạng của đường 6 (đường nét đứt trênhình 6-14b), khi đó ta nhận được tốc độ hạ thấp hơn (n3 với phụ tải bằng M1)

2 Hệ truyền động cơ cấu nâng - hạ của cầu trục dùng hệ Máy phát - Động cơ điện một chiều (F-Đ)

Đối với những cầu trục có tải trọng lớn, chế độ làm việc nặng nề, yêu cầu về điềuchỉnh tốc độ cao hơn, đáp ứng các yêu cầu ngặt nghèo do công nghệ đặt ra, việc sử dụngđộng cơ không đồng bộ với bộ điều khiển động lực không thoả mãn được mà thường dùng

hệ truyền động F-Đ, T-Đ hoặc hệ truyền động với động cơ KĐB cấp nguồn từ bộ biến tần

Hệ truyền động này được sử dụng cho các cầu trục ở các xí nghiệp luyện kim, nhàmáy lắp ráp, sửa chữa

Hình 6-15 trình bày hệ truyền động cơ cấu nâng - hạ dùng hệ F-Đ

Hệ truyền động này có máy khuếch đại trung gian (MĐKĐ), chức năng của nó làtổng hợp và khuếch đại các tín hiệu điều khiển

Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ Đ được cấp nguồn từ máy phát F Cuộn kích

152

-b)

0 50 100 200 250

từ của máy phát CKTF được cấp điện từ máy điện khuếch đại từ trường ngang (MĐKĐ).MĐKĐ có 4 cuộn điều khiển: Cuộn chủ đạo (CCĐ), cuộn phản hồi âm điện áp (CFA), cuộnphản hồi âm dòng có ngắt CFD, cuộn ổn định (COĐ) Điều khiển hệ truyền động bằng bộkhống chế chỉ huy kiểu cam KC có 2 vị trí hạ hàng và nâng hàng.

Cuộn chủ đạo CCĐ (11) được cấp nguồn từ bên ngoài qua cầu tiếp điểm N, H (10)

và H, N (12) của công tắc tơ nâng N và hạ H nhằm đảo chiều dòng điện chủ đạo nghĩa làquyết định chiều quay của động cơ với điện trở hạn chế dòng R4.

Trong quá trình làm việc, cuộn phản hồi âm điện áp CFA được nối vào phần ứng củamáy phát qua tiếp điểm N (6) hoặc H (7), diode V3 (6) hoặc V4 (7) và biến trở VR3 Chứcnăng của nó gồm:

- Điều chỉnh tốc độ quay của động cơ bằng cách thay đổi sức từ động sinh ra trong cuộnCFA bằng biến trở VR3 (7) Trường hợp cần làm việc ở tốc độ thấp, tiếp điểm công tắc tơ giatốc G (6) thường đóng Sức từ động sinh ra trong cuộn CFA rất lớn làm giảm sức từ động tổngcủa máy điện khuếch đại, kết quả điện áp ra của máy phát F giảm dần dẫn đến tốc độ của động

cơ giảm Tăng tốc độ của động cơ bằng cách cấp điện cho cuộn dây của công tắc tơ G (20) dẫnđến sức từ động của cuộn CFA giảm, sức từ động của MĐKĐ tăng, điện áp ra của máy phát Ftăng

- Khi dừng máy, cuộn CFA được cấp điện qua 2 tiếp điểm N, H thường đóng (9) vàđiện trở hạn chế R3 Do chiều dòng trong cuộn CFA ngược chiều với dòng trong cuộn CCĐ,

sẽ thực hiện hãm ngược để dừng nhanh động cơ truyền động

Cuộn phản hồi âm dòng có ngắt CFD (4) hạn chế dòng khi mở máy hoặc đảo chiềuquay Cuộn CFD được đặt vào điện áp rơi trên điện trở shun RSh (2) Nguyên lý hoạt độngcủa nó như sau: Khi động cơ chưa bị quá tải: Iư < Ing, dòng ngắt Ing = (2,25 ÷ 2,5)IưH Lúc đó,điện áp rơi trên điện trở sun nhỏ hơn điện áp so sánh: URSh < USS với: URSh = Iư.RSh

USS = Uab (lấy trên chiết áp VR1) khi nâng hàngHoặc: USS = Ubc (lấy trên chiết áp VR2) khi hạ hàng

Khi đó diode V1 hoặc V2 không dẫn, dòng điện đi qua cuộn CFD rất bé (qua R2).Ngược lại, khi dòng điện của động cơ Iư > Ing, URSh > USS dẫn đến một trong hai didode V1hoặc V2 thông, dòng điện đi qua cuộn CFD khá lớn làm giảm sức từ động tổng của máy điệnkhuếch đại và hạn chế được dòng điện của động cơ

Để nâng cao tính ổn định của hệ truyền động có cuộn ổn định COĐ, thực chất cuộnnày là cuộn phản hồi mềm điện áp của máy điện khuếch đại Cuộn dây sơ cấp của máy biến

áp ổn định BA được đấu vào đầu ra của MĐKĐ qua điện trở hạn chế R1 Cuộn dây thứ cấpcủa biến áp BA được đấu vào cuộn dây COĐ

153 a

5 + N

H

Hình 6-15 Hệ F-Đ truyền động cơ cấu nâng - hạ

Nguyên lý hoạt động của nó như sau: Khi điện áp phát ra của MĐKĐ ổn định (UMĐKĐ

= const), dòng trong cuộn ổn định bằng 0 Nếu điện áp phát ra của máy điện khuếch đại thayđổi (UMĐKĐ = var), trong cuộn thứ cấp của máy biến áp BA sẽ xuất hiện một suất điện độngcảm ứng làm cho dòng điện trong cuộn COĐ khác 0 Chiều của dòng điện trong cuộn COĐcùng chiều với dòng trong cuộn CCĐ (nếu điện áp phát ra giảm) hoặc ngược chiều với cuộnCCĐ (nếu điện áp phát ra tăng), tác dụng của dòng chạy trong cuộn COĐ sẽ làm cho điện ápphát ra của MĐKĐ sẽ ổn định

Điều khiển hệ truyền động bằng bộ khống chế chỉ huy kiểu cam KC, có hai vị trínâng và hạ hàng Đầu tiên, đặt tay quay của bộ khống chế ở giữa, nếu đủ điện áp thì rơ leđiện áp RĐA (16) tác động đóng tiếp điểm thường mở duy trì RĐA (17) và RĐA cấp điệncho các phần tử phía dưới từ (18) đến (25) Khi quay tay quay của bộ khống chế sang phải,cuộn dây công tắc tơ N (18) có điện, hàng được nâng lên với tốc độ thấp nếu ở vị trí 1, ở tốc

độ cao nếu ở vị trí 2 (lúc này công tắc tơ G có điện, mở tiếp điểm thường đóng G mở ra đểgiảm phản hồi âm điện áp) Tương tự, muốn hạ hàng, quay tay quay của bộ khống chế sangbên trái, cuộn dây công tắc tơ H (19) có điện, nếu hạ chậm thì KC ở vị trí 1, nếu hạ nhanhthì KC ở vị trí 2

Khi khởi động, cần phải tăng mô men (để dễ đưa hàng ra khỏi vị trí ban đầu), tăngdòng kích từ của động cơ bằng cách nối tắt điện trở R6 (15) nối tiếp với cuộn kích từ của

KHN

CC

CD CKTĐ

RĐA

N H KHH

G

N H

Rt1N

6 7 8 9

10

14 15 16

18 19 20 21 22 23 24 25

11 12

17 RĐA

K 9

động cơ CKTĐ và duy trì thời gian bằng các rơ le thời gian Rt1 hoặc Rt2 tùy theo chế độ nânghay hạ

Họ đặc tính cơ của hệ truyền động được biểu diễn trên hình 6-16 Trong đó đườngđặc tính 2 ứng với vị trí 2 của bộ khống chế (tốc độ cực đại) và đường đặc tính 1 tương ứngvới vị trí 1 của bộ khống chế (tốc độ cực tiểu)

Hình 6-16 Đặc tính cơ của động cơ của hệ truyền động F-Đ

Trong sơ đồ điều khiển có các bảo vệ sau:

- Bảo vệ quá dòng bằng rơ le dòng điện cực đại RDC

- Bảo vệ quá điện áp bằng rơ le điện áp cao RAC

- Bảo vệ điện áp “không” bằng rơ le điện áp RĐA

- Bảo vệ mất kích từ bằng rơ le dòng điện RTT

Nguyên lý làm việc của bảo vệ mất kích từ RTT như sau: Khi động cơ bị mất kích từhoặc dòng điện kích từ yếu, rơ le dòng điện RTT không tác động, tiếp điểm RTT mở, rơ leđiện áp RĐA mất điện, mở tiếp điểm RĐA thường mở, ngắt mạch điện phía dưới, động cơngừng hoạt động

3 Hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục dùng hệ biến đổi Thyristor - Động cơ điện một chiều (hệ T-Đ)

Đối với động cơ điện một chiều có công suất dưới 15kW, kích từ độc lập thườngdùng bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn làm nguồn cấp Đối với động cơ côngsuất lớn hơn 15kW thường dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn làm nguồn cấp chophần ứng của động cơ

Bộ biến đổi cấp nguồn cho phần ứng của động cơ có thể là bộ đảo chiều hay khôngđảo chiều Đối với hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục thường dùng bộ biến đổi đảochiều, gồm hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược Để điều khiển bộ biến đổi đảo chiều dùngtrong cầu trục thường dùng phương pháp điều khiển riêng

Sau đây, chúng tôi giới thiệu một số sơ đồ điều khiển dùng T-Đ

Một trong những hệ truyền động cơ cấu nâng - hạ dùng T-Đ được trình bày trên hình 17

50

3 2 1

N

C

K

N H TI

CKTĐ FT

RDC

Đ CKP

Hình 6-17 Hệ truyền động Thyristor - Động cơ

Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ là động cơ điện một chiều kích từ độc lập.Điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ lấy từ bộ biến đổi thyristor qua hai công tắc tơ đảochiều nâng N hoặc hạ H Cuộn kháng CK lắp trong mạch phần ứng để lọc dòng điện phầnứng

Trong hệ có các bảo vệ sau: Bảo vệ quá tải bằng dòng điện cực đại RDC, mạch bảo

vệ cho các thyristor T1÷ T6 bằng các phần tử R1÷ R6 và C1÷ C6

Điều khiển bộ biến đổi là khối điều khiển KĐK Trong mạch điều khiển có hai mạchvòng dòng điện RI và mạch vòng tốc độ Rω Tín hiệu phản hồi dòng lấy từ ba biến dòng 1TI

÷ 3TI, tín hiệu phản hồi tốc độ lấy từ máy phát tốc FT

Hình 6-18 giới thiệu sơ đồ khối của hệ truyền động cơ cấu nâng - hạ dùng hệ T-Đ Đây là hệ truyền động thực hiện điều chỉnh tốc độ cả hai vùng: Vùng 1 – Tốc độđộng cơ thấp hơn tốc độ định mức (thực hiện bằng cách điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứngcủa động cơ), vùng 2 - Tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ định mức (điều chỉnh điện áp cấp chocuộn kích từ độc lập của động cơ)

Điều chỉnh tốc độ động cơ ở hai vùng thực hiện độc lập không phụ thuộc lẫn nhau,thực hiện bằng chuyển mạch 3CM

Khi điều chỉnh tốc độ ở vùng 1, từ thông kích thích của động cơ giữ không đổi vàbằng trị số định mức (φ = φH) Điều chỉnh tốc độ ở vùng 2 thực hiện khi điện áp đặt vào phầnứng động cơ U ≥ 0,85UH

2TI

ĐC

2CM A

BA

Hình 6-18 Sơ đồ khối của hệ truyền động cơ cấu nâng - hạ của cầu trục dùng T-Đ

* Điều chỉnh tốc độ ở vùng 1 (ω < ωH)

Thay đổi điện áp cấp cho phần ứng của động cơ được thực hiện từ bộ biến đổi đảochiều gồm hai bộ chỉnh lưu cầu ba pha dùng thyristor đấu song song ngược: Bộ biến đổithuận BBĐT và bộ biến đổi ngược BBĐN Điện áp xoay chiều của lưới điện cấp cho bộ biếnđổi qua máy biến áp BA Điện áp chỉnh lưu cực đại Udmax = 460V

Mạch điều khiển hai bộ chỉnh lưu trên là hệ điều khiển xung pha nhiều kênh, điềukhiển theo phương pháp “thẳng đứng” Trong mạch điều khiển có các khâu chính sau:

- HCGT: Khâu hạn chế gia tốc nhằm hạn chế dòng mở máy

- 1RU: Khâu điều chỉnh điện áp có hàm truyền là khâu tỷ lệ Điện áp ra của 1RU:

Trong đó:

Ucđ1 - Điện áp ra của khâu HCGT;

βUư - Điện áp phản hồi âm tỷ lệ với điện áp đặt vào phần ứng của động cơ;

k1 - Hệ số khuếch đại của 1RU;

- HCD: Khâu hạn chế dòng, thực hiện chức năng như một khâu phản hồi âm dòng cóngắt để hạn chế dòng điện động cơ trong quá trình mở máy cũng như trong quá trình hãmdừng Tín hiệu ra của bộ hạn chế dòng:

Với: γ - Hệ số tỷ lệ

- KLG: Khối logic cho phép phát xung điều khiển cho bộ biến đổi thuận BBĐT hoặc

bộ biến đổi ngược BBĐN khi dòng của động cơ đã bằng không

- 2CM: Chuyển mạch chọn tín hiệu điều khiển

- 1CM: Chuyển mạch cấp tín hiệu điều khiển cho một trong hai bộ biến đổi để động

cơ quay thuận hay quay ngược

- 1ĐKXP: Khâu điều khiển xung pha, tạo ra góc mở α của hai bộ biến đổi Tín hiệuvào là điện áp điều khiển Uđk1, tín hiệu ra là trị số góc mở α của các thyristor:

* Điều chỉnh tốc độ ở vùng 2 (ω > ωH)

Điều chỉnh tốc độ ở vùng 2 thực hiện bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động

cơ khi điện áp đặt vào phần ứng bằng điện áp định mức Việc giảm từ thông kích từ củađộng cơ được thực hiện bằng cách giảm điện áp đặt vào cuộn kích từ CKTĐ của động cơđược cấp từ bộ biến đổi BBĐKT là sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha dùng tiristor

Trong mạch điều khiển, BBĐKT gồm có hai khâu:

- 2ĐKXF: Khâu điều khiển xung pha Tín hiệu vào của điện áp điều khiển lấy từ đầu

ra của bộ 2RU, tín hiệu ra của bộ điều khiển là trị số góc mở của các tiristor trong BBĐKT;

157

2RU: Bộ điều chỉnh điện áp, điện áp ra của bộ 2RU:

Trong đó: Ucđ2 - Điện áp chủ đạo (điện áp đặt) lấy từ đầu ra của bộ chuyển mạch3CM;

k2 - Hệ số khuếch đại của bộ 2RU

Hình 6-19 giới thiệu hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục dùng bộ điều áp xoay

chiều và xung điện trở rô to.

* Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng bộ ĐAXC

Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động được trình bày trên hình 6-19a

- Chế độ làm việc của động cơ ở góc phần tư thứ I và thứ III (tương ứng với chế độnâng hàng và hạ động lực) ở hình 6-19b, khi điều chỉnh tốc độ trong vùng giữa đường đặctính cơ có điện trở phụ Rpmax = R0 (đường 1 và đường 1’ trên hình 6-19b) và trục hoành(trong trường hợp này cả hai thyristor Tc và Tp đều khoá) được thực hiện bằng cách thay trị

số của điện áp xoay chiều đặt vào dây quấn stato động cơ bằng bộ điều áp xoay chiều(ĐAXC)

+ Các cặp thyristor T1 - T2; T6 - T7 và T11 - T12 mở, ứng với chiều quay thuận (chế độnâng hàng);

+ Các cặp thyristor T4 - T5; T6 - T7 và T8 - T9 mở, ứng với chiều quay ngược (chế độ

hạ hàng)

- Ở góc phần tư thứ II và thứ IV, động cơ làm việc ở chế độ hãm động năng Khi đócác thyristor T1, T3, T4, T9, T10 và T12 mở trong đó T1, T3, T10 và T12 thực hiện chức năngchỉnh lưu cấp nguồn một chiều đưa vào dây quấn stato của động cơ

Vùng làm việc của bộ điều áp xoay chiều ba pha là vùng gạch dọc trên hình 6-19b

* Điều chỉnh bằng xung điện trở rô to

Điều chỉnh xung điện trở rô to được thực hiện bằng hai thyristor Tc (thyristor chính)

và Tp (thyristor phụ) Khi đó, điện áp đặt vào dây quấn stato của động cơ bằng trị số địnhmức (ứng với góc mở α = 0 của các thyristor của bộ ĐAXC) Trong đó, Tc thực hiện chứcnăng như một khoá điện tử: Khi Tc khoá, điện trở phụ Rp = R0 còn khi Tc mở Rp = 0

Hình 6-19 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục

dùng bộ ĐAXC và xung điện trở rô to

Như vậy, khi thay đổi thời gian mở tm, thời gian khoá tk của thyristor Tc ta có thể thay đổiđược trị số điện trở phụ trong mạch rô to của động cơ Trị số điện trở đó được tính theo biểu thứcsau:

Vùng điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp xung điện trở rô to là vùng giữa đặc tính

cơ điện trở và đặc tính cơ tự nhiên 1-2, 1’-2’ (ứng với vùng gạch ngang trên hình 6-19b)

Thyristor Tp, tụ điện C, diode D và cuộn cảm L là mạch khoá thyristor chính Tc.Mạch điều khiển của hệ truyền động có các khâu:

Rω - Bộ điều chỉnh tốc độ, tổng hợp tín hiệu điện áp chủ đạo Ucđ và tín hiệu phản hồi

âm tốc độ UFT (điện áp lấy ra từ máy phát tốc FT tỷ lệ với tốc độ của động cơ)

RI - Bộ điều chỉnh dòng điện, tổng hợp các tín hiệu Uω (Rω) và U1 điện áp tỷ lệ vớidòng rô to của động cơ lấy từ biến dòng TI

1KĐK, 2KĐK là khối điều khiển góc mở của bộ ĐAXC và Tc, Tp

Ngoài ra, người ta còn dùng PLC kết hợp với biến tần để điều khiển cần trục, sinhviên có thể tham khảo ở [10], [11], [12]

6.2 TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LÒ ĐIỆN TRỞ

6.2.1 Khái niệm và phân loại

a) Khái niệm

Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dâyđiện trở) Từ dây đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vậtcần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu và hợpkim màu, trong các ngành y tế, trong thí nghiệm, gia đình v.v

159

-1’

2’

2 M

ω

I II

Hình 6-20 Nguyên lý làm việc của lò điện trở

a) Đốt nóng trực tiếp; b) Đốt nóng gián tiếp

1- Vật liệu được nung nóng trực tiếp; 2- Cầu dao; 3- Biến áp; 4- Đầu cấp điện;

5- Dây đốt (dây điện trở); 6- Vật liệu được nung nóng gián tiếp

Phương pháp biến đổi điện năng của lò điện trở dựa trên định luật Joule - Lence: Khicho dòng điện chạy qua dây dẫn, thì trên dây dẫn toả ra một nhiệt lượng, nhiệt lượng nàyđược tính theo biểu thức:

R – Điện trở của dây dẫn, Ω;

I – Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, A;

t – Thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn, s

Nguyên lý làm việc của lò điện trở được trình bày trên hình 6-20

Lò điện trở có nhiều ưu điểm:

- Có khả năng tạo ra nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể tíchnhỏ

- Do nhiệt năng tập trung, nhiệt tập trung nên lò có tốc độ nâng nhiệt độ nhanh và năng suấtcao

- Đảm bảo nhiệt độ đồng đều, dễ điều chỉnh, khống chế nhiệt và chế độ nhiệt

- Lò đảm bảo được độ kín vì vậy hao tổn nhiệt không đáng kể

- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá ở mức cao

- Đảm bảo điều kiện vệ sinh: không có bụi, không có khói

b) Phân loại lò điện trở

Dựa vào các yếu tố sau để phân loại:

- Phương pháp toả nhiệt

+ Lò điện trở tác dụng trực tiếp (hình 6-20a): Là lò điện trở mà vật được nung nóngtrực tiếp bằng dòng điện chạy qua nó Đặc điểm của lò này là tốc độ nung nhanh, cấu trúc lòđơn giản Để đảm bảo nung đều thì vật nung có tiết diện như nhau theo suốt chiều dài củavật

+ Lò điện trở tác dụng gián tiếp (hình 6-20b): Là lò điện trở mà nhiệt năng toả ra ở dâyđiện trở (dây đốt) sau đó dây đốt sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫnnhiệt

- Nhiệt độ làm việc:

+ Lò nhiệt độ thấp: Nhiệt độ làm việc của lò dưới 6500C;

+ Lò nhiệt độ trung bình: Nhiệt độ làm việc của lò từ 6500C ÷ 12000C;

+ Lò nhiệt độ cao: Nhiệt độ làm việc của lò trên 12000C

Theo chế độ làm việc:

+ Lò làm việc liên tục;

+ Lò làm việc gián đoạn

Lò làm việc liên tục được cấp điện liên tục và nhiệt độ giữ ổn định ở một giá trị nào

đó sau quá trình khởi động (hình 6-21a) Khi khống chế nhiệt độ bằng cách đóng cắt nguồnthì nhiệt độ sẽ dao động quanh giá trị nhiệt độ ổn định (hình 6-21b)

Lò làm việc gián đoạn thì đồ thị nhiệt độ và công suất như hình 6-21c

Hình 6-21 Công suất và nhiệt độ của lò điện trở ở các chế độ làm việc

+ Lò kiểu buồng để nhiệt luyện (tôi, ủ, nung, thấm than);

+ Lò kiểu giếng để nung, nhiệt luyện;

6.2.2 Yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt

Trong lò điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng Dâyđốt cần phải làm từ các vật liệu thoả mãn các yêu cầu sau:

- Chịu được nhiệt độ cao;

- Chậm già hoá (dây đốt ít bị biến đổi theo thời gian do đó tăng tuổi thọ của lò)

6.2.3 Vật liệu làm dây điện trở

Vật liệu làm dây điện trở có thể là:

- Dây điện trở bằng hợp kim:

+ Hợp kim Crôm – Niken (Nicrom Cr – Ni): Hợp kim này có độ bền cơ học cao vì cólớp màng Oxit Crom (Cr2O3) bảo vệ, dẻo, dễ gia công, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở

bé, sử dụng với lò có nhiệt độ làm việc dưới 12000C

+ Hợp kim Crôm - Nhôm (Fexran Cr – Al) có các đặc điểm như hợp kim Nicromnhưng có nhược điểm là giòn, khó gia công, độ bền cơ học kém trong môi trường nhiệt độcao

- Dây điện trở bằng kim loại

Thường dùng những kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao: Molipden (Mo), Titan (Ti)

và Wonfram (W) dùng cho lò điện trở chân không hoặc lò điện trở có khí bảo vệ có nhiệt độlàm việc cao hơn 16000C

- Điện trở nung nóng bằng phi kim loại:

+ Hợp chất Cacbuarun (SiC) chịu được nhiệt độ cao tới 15000C thường dùng cho lòđiện trở có nhiệt độ cao, dùng để tôi dụng cụ cắt gọt

+ Hợp chất Cripton là hỗn hợp của Graphic, Cacbuarun và đất sét, chúng được chếtạo dưới dạng hạt có đường kính 2 – 3mm, thường dùng cho lò điện trở trong phòng thínghiệm yêu cầu nhiệt độ lên tới 18000C

Bảng 6-1 cho biết một vài thông số cơ bản của vật liệu làm dây đốt lò điện trở

6.2.4 Tính toán dây điện trở

Từ công suất của lò ta có thể tính được công suất điện lò tiêu thụ như sau:

Năng suất của lò điện trở:

N = m

m - Khối lượng của vật cần gia nhiệt, kg;

t - Thời gian cần gia nhiệt, s;

1- Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:

-Bảng 6-1 Một vài thông số cơ bản của vật liệu làm dây điện trở

Khối lượng Điện trở

suất Hệ số nhiệt Nhiệt độ Nhiệt độ làmviệc Nhiệt độ làm việc θ

0CVật liệu làm dây điện trở riêng ở 200C ở 00C (ρ) điện trở α.103 chảy lỏng cực đại θmax Làm việc Làm việc

Những vật liệu phi kim loại (**)

Ghi chú:

* Trong chân không hoặc trong môi trường khí bảo vệ

** Khối lượng riêng thay bằng khối lượng riêng của đồng

Khối lượng riêng ở nhiệt độ bất kỳ: ρ = ρ0(1+ αt)

163

-4- Công suất đặt của thiết bị:

k - Hệ số dự trữ, tính đến tình trạng điện áp lưới bị tụt thấp, do dây già hoá mà điệntrở tăng lên

k = 1, 2 ÷ 1,3 đối với lò làm việc liên tục;

k = 1,4 ÷ 1,5 đối với lò làm việc theo chu kỳ

5- Từ công suất P, ta có thể tính kích thước của dây đốt

Ở mục này, chúng tôi chỉ trình bày việc tính chọn dây điện trở là kim loại và hợp kim Dây điện trở làm từ kim loại và hợp kim được chế tạo với hai loại tiết diện: Hìnhtròn và hình chữ nhật

- Đối với tiết diện hình tròn cần tính hai thông số: Đường kính d và chiều dài dây đốt

Việc tính toán kích thước dây điện trở được dựa vào hai biểu thức sau:

- Biểu thức phản ánh quá trình biến đổi điện năng thành nhiệt năng:

- Biểu thức phản ánh các thông số điện:

P = U2

R 10-3 =

2UlS

Trong đó:

P – Công suất của dây điện trở , kW

w - Mật độ công suất của dây đốt (khả năng cấp nhiệt của dây đốt trong một đơn vịthời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt dây), W/cm2, trị số của w tra trong sổ tay tra cứu;

F - Diện tích bề mặt (diện tích xung quanh của dây đốt), cm2;

U - Điện áp đặt vào hai đầu của dây điện trở, V;

R - Điện trở của dây đốt, Ω;

ρ - Điện trở xuất của vật liệu chế tạo dây đốt, Ωmm2/m;

l - Chiều dài của dây đốt, m;

S - Diện tích của tiết diện cắt ngang của dây đốt, mm2;

Biểu thức (6-38) có thể viết được dưới dạng sau:

164