Giáo trình Trang bị điện 2 - Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng nghề (Tổng cục Dạy nghề)

(NB) Giáo trình Trang bị điện 2 được biên soạn dùng để làm giáo trình giảng dạy cho sinh viên Cao đẳng nghề ở nghề điện công nghiệp. Giáo trình biên soạn với mục tiêu nhằm cung cấp các kiến thức về trang bị điện – điện tử, phân tích quá trình công nghệ, phân tích các sơ đồ nguyên lý điển hình của từng loại máy trong các lĩnh vực khác nhau.

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TỔNG CỤC DẠY NGHỀ

GIÁO TRÌNH

Tên môn học: Trang Bị Điện 2

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ

Ban hành kèm theo Quyết định số120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của

Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề

Hà Nội, năm 2013

LỜI GIỚI THIỆU

Nền công nghiệp ở nước ta hiện nay đã áp dụng khá nhiều loại máy móc, thiết bị hiện đại Do đó đòi hỏi quá trình đào tạo cần có những giáo trình mới nhằm

để trang bị cho học sinh sinh viên những kiến thức và kỹ năng thực tế nhằm bắt kịp với hiện tại và những năm tới

“Trang bị điện 2” được biên soạn dùng để làm giáo trình giảng dạy cho sinh viên Cao đẳng nghề ở nghề điện công nghiệp Giáo trình biên soạn với mục tiêu nhằm cung cấp các kiến thức về trang bị điện – điện tử, phân tích quá trình công nghệ, phân tích các sơ đồ nguyên lý điển hình của từng loại máy trong các lĩnh vực khác nhau

Do thời gian và kinh nghiệm biên soạn giáo trình còn hạn chế, mặt khác nguồn tài liệu kĩ thuật mới chưa nhiều nên quá trình biên soạn giáo trình có nhiều khó khăn, khó tránh được những thiếu sai sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để giáo trình được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2013

Tham gia biên soạn

1 Phạm Tuấn Trung – Chủ biên

2 Ngô Quang Huynh

3 Trần Văn Quỳnh

MỤC LỤC

MỤC LỤC……… 1

Chương 1: Trang bị điện các thiết bị gia nhiệt……… 4

1 Đặc điểm của lò nhiệt ……… 4

2 Các phương pháp biến đổi điện năng……… 4

Chương 2: Lò điện trở……… 7

1 Khái niệm chung và phân loại……… 7

2 Yêu cầu với vật liệu làm dây đốt……… 8

3 Vật liệu làm dây điện trở……… 9

4 Tính toán kích thước dây điện trở……… 9

5 Các loại lò điện thông dụng……… 11

6 Khống chế và ổn định nhiệt độ lò điện trở……… 13

7 Một số sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở điển hình……… 14

Chương 3: Lò hồ quang……… 21

1 Khái niệm chung……… 21

2 Sơ đồ cung cấp điện của lò hồ quang……… 22

3 Điều chỉnh công suất lò hồ quang……… 23

4 Một số sơ đồ khống chế dịch cực lò hồ quang……… 24

5 Lò hồ quang chân không……… 27

6 Lò hồ quang Plasma……… 28

Chương 4: Lò cảm ứng……… 29

1 Khái niệm chung……… 29

2 Một số sơ đồ khống chế……… 30

Chương 5: Máy hàn điện……… 33

1 Khái niệm chung……… 33

2 Các loại nguồn hàn……… 36

3 Các máy hàn hồ quang tự động và bán tự động……… 40

4 Công nghệ hàn tiếp xúc……… 44

Chương 6: Trang bị điện máy bơm……… 48

1 Khái niệm chung……… 48

2 Điều chỉnh năng suất của máy bơm……… 49

3 Tính chọn công suất động cơ truyền động……… 50

4 Sơ đồ khống chế máy bơm……… 52

Chương 7: Trang bị điện quạt gió……… 55

1 Khái niệm chung……… 55

2 Yêu cầu trang bị điện cho quạt……… 57

3 Sơ đồ khống chế……… 59

Chương 8: Trang bị điện máy nén……… 62

1 Khái niệm chung và phân loại……… 62

2 Điều chỉnh năng suất và áp suất máy nén khí……… 64

3 Sơ đồ tự động khống chế máy nén……… 66

Chương 9: Trang bị điện máy kéo sợi……… 69

1 Trang bị điện máy kéo sợi thô……… 69

2 Trang bị điện máy kéo sợi len……… 72

Chương 10: Trang bị điện máy dệt……… 75

1 Trang bị điện máy mắc sợi……… 75

2 Sơ đồ điều khiển máy dệt kim……… 79

Chương 11: Trang bị điện máy in vải……… 84

1 Đặc điểm công nghệ……… 84

2 Xác định phụ tải của động cơ truyền động chính máy in……… 85

3 Yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện……… 86

4 Sơ đồ điều khiển hệ thống truyền động máy in hoa ELITEX……… 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 92

MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN 2

Mã môn học: MH 23

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở và học sau mô đun máy điện, truyền động điện, trang bị điện 1

- Là môn học chuyên môn nghề

- Môn học trang bị cho người học nghề các kiến thức và kỹ năng cần thiết để nắm bắt và làm chủ các máy móc hiện đại đang sử dụng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp trong việc vận hành, bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa

Mục tiêu của môn học:

- Phân tích được nguyên lý, cách thực hiện, phạm vi ứng dụng của các phương pháp điều chỉnh tốc độ (ĐChTĐ) động cơ 3 pha, động cơ một chiều

- Đọc, vẽ và phân tích được các sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle công tắc

tơ dùng trong khống chế động cơ 3 pha, động cơ một chiều

- Phân tích được qui trình làm việc và yêu cầu về trang bị điện cho các máy sản suất (máy bơm, lò điện, máy in, máy dệt )

- Tính, chọn được công suất động cơ điện dùng trang bị cho máy sản xuất

- Lắp đặt, sửa chữa được các mạch mở máy, dừng máy cho động cơ 3 pha, 1 pha, động cơ một chiều

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo

Nội dung của môn học:

Thực hành Bài tập

Kiểm tra * (LT hoặc TH)

Mở đầu Chương 1: Trang bị điện các thiết

1 Đặc điểm của lò điện

2 2.Các phương pháp biến đổi điện

1.Khái niệm chung và phân loại 2

2.Yêu cầu đối với vật liệu làm dây

đốt

3.Vật liệu làm dây điện trở

4.Tính toán kích thước dây điện trở

5.Các loại lò điện thông dụng

2 Sơ đồ cung cấp điện của lò hồ

Chương 5: Máy hàn điện 5 4 1

Chương 6: Trang bị điện máy bơm 6 4 2

2 Điều chỉnh năng suất của máy

Chương 7: Trang bị điện quạt gió 6 4 1 1

2 Yêu cầu trang bị điện cho quạt 1

II

Chương 8: Trang bị điện máy nén 6 3 2 1

1 Khái niệm chung và phân loại 1

2 Điều chỉnh năng suất và áp suất

1 Trang bị điện máy kéo sơi thô 1,5 0,5

2 Trang bị điện máy kéo sơi len 1,5 0,5

Chương 10: Trang bị điện máy dệt 5 4 1

1 Trang bị điện máy mắc sơi 1,5 0,5

2 Sơ đồ điều khiển máy dệt kim 2,5 0,5

CHƯƠNG 1 TRANG BỊ ĐIỆN CÁC THIẾT BỊ GIA NHIỆT

- Nắm được các đặc điểm của lò điện

- Phân tích nguyên lý làm việc, cách thực hiện, phạm vi ứng dụng của lò điện và các phương pháp biến đổi điện năng trong thực tế sản xuất

- Nghiêm túc, tự giác học tập

Nội dung chính:

1 Đặc điểm của lò điện

Mục tiêu: Nêu được các đặc điểm của lò điện

Các đặc điểm của lò điện:

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

- Do nhiệt năng tập trung, nhiệt tập trung nên lò có tốc độ nung nhanh và năng suất cao

- Đảm bảo nung đều, dễ điều chỉnh, khống chế nhiệt và chếđộ nhiệt

- Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc trong môi trường có khí bảo vệ, vì vậy độ cháy tiêu hao kim loại không đáng kể

- Có khả năng cơ khí hoá và tựđộng hoá ở mức cao

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

2 Các phương pháp biến đổi điện năng

Mục tiêu: Trình bày được nguyên lý của các phương pháp biến đổi điện năng

thành nhiệt năng

2.1 Phương pháp điện trở:

Phương pháp điện trở dựa trên định luật Joule - Lence: khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn, thì trên dây dẫn toả ra một nhiệt lượng, nhiệt lượng này được tính theo biểu thức:

Q = I 2 Rt [J] (1-1)

Trong đó: I : Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn(A)

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 trực tiếp 2.2 Phương pháp cảm ứng:

Phương pháp cảm ứng dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday: khi cho dòng điện đi qua cuộn cảm thì điện năng được biến thành năng lượng của từ trường biến thiên Khi đặt khối kim loại vào trong từ trường biến thiên đó, trong khối kim loại sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng - dòng điện xoáy (dòng Foucault) Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ nung nóng khối kim loại

Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng được biểu diễn trên hình MH21-01-02

Hình MH21-01-02: Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng a) Lò cảm ứng có mạch từ b) Lò cảm ứng không có mạch từ

1 Vòng cảm ứng 2 Mạch từ 3 Nồi lò 4 Tường lò bằng vật liệu chịu nhiệt 2.3 Phương pháp hồ quang điện

Phương pháp hồ quang điện dựa vào ngọn lửa hồ quang điện Hồ quang điện là một trong những hiện tượng phóng điện qua chất khí Trong điều kiện bình thường thì chất khí không dẫn điện, nhưng nếu ion hoá khí và dưới tác dụng của điện trường thì khí sẽ dẫn điện Khi hai điện cực tiếp cận nhau thì giữa chúng sẽ xuất hiện ngọn lửa hồ quang Người ta lợi dụng nhiệt năng của ngọn lửa hồ quang này để gia công cho vật nung hoặc nấu chảy

Nguyên lý làm việc của hồ quang điện được biểu diễn trên hình

MH21-01-03

Hình MH21-01-03:Nguyên lý làm việc của lò quang điện

a) Lò hồ quang trực tiếp b) Lò hồ quang gián tiếp

1 Điện cực 2 Ngọn lửa hồ quang 3 Vật gia nhiệt (kim loại) 4 Tường lò

CHƯƠNG 2: LÒ ĐIỆN TRỞ

Mã chương: MH23-02

Giới thiệu: Lò điện trở thường được dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại

màu và hợp kim màu…

Mục tiêu:

- Đọc, vẽ và phân tích được một số sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở điển hình

- Tính chọn được công suất thiết bị dùng trang bị trong lò điện

Nội dung chính:

1 Khái niệm chung và phân loại

Mục tiêu: Nêu được khái niệm và phân loại được các dạng lò điện trở

1.1 Khái niệm chung

Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt

1.2 Phân loại lò điện trở

1.2.1 Phân loại theo phương pháp toả nhiệt

- Lò điện trở tác dụng trực tiếp: lò điện trở tác dụng trực tiếp là lò điện trở

mà vật nung được nung nóng trực tiếp bằng dòng điện chạy qua nó Đặc điểm của

lò này là tốc độ nung nhanh, cấu trúc lò đơn giản Để đảm bảo nung đều thì vật nung có tiết diện như nhau theo suốt chiều dài của vật

- Lò điện trở tác dụng gián tiếp là lò điện trở mà nhiệt năng toả ra ở dây điện trở (dây đốt), rồi dây đốt sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt

1.2.2 Phân loại theo nhiệt độ làm việc

- Lò nhiệt độ thấp: nhiệt độ làm việc của lò dưới 6500C

- Lò nhiệt trung bình: nhiệt độ làm việc của lò từ 6500C đến 12000C

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

1.2.3 Phân loại theo nơi dùng

- Lò dùng trong công nghiệp

- Lò dùng trong phòng thí nghiệm

- Lò dùng trong gia đình

1.2.4 Phân loại theo đặc tính làm việc

- Lò làm việc liên tục: Lò làm việc liên tục được cấp điện liên tục và nhiệt

độ giữ ổn định ở một giá trị nào sau quá trình khởi động (hình MH21-02-01a) Khi

khống chế nhiệt độ bằng cách đóng cắt nguồn thì nhiệt độ sẽ dao động quanh giá trị nhiệt độ ổn định (hình MH21-02-01b)

- Lò làm việc gián đoạn: Lò làm việc gián đoạn thì đồ thị nhiệt độ và công suất như Hình MH21-02-02

Hình MH21-02-01: Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc liên tục

Hình MH21-02-02: Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc gián đoạn 1.2.5 Phân loại theo kết cấu lò, có lò buồng, lò giếng, lò chụp, lò bể…

1.2.6 Phân loại theo mục đích sử dụng: có lò tôi, lò ram, lò ủ, lò nung …

Ở Việt Nam thường dùng lò kiểu buồng để nhiệt luyện (tôi, ủ, nung, thấm than) Lò kiểu giếng để nung, nhiệt luyện Lò muối để nhiệt luyện dao cắt qua muối nung…

2 Yêu cầu với vật liệu làm dây đốt

Mục tiêu: Trình bày được đặc điểm của dây điện trở trong lò

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

- Chịu được nhiệt độ cao

- Độ bền cơ khí cao

- Có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dài, khó bố trí trong lò hoặc tiết diện dây phải nhỏ, không bền)

- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (vì điện trở sẽ ít thay đổi theo nhiệt độ, đảm bảo công suất lò)

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

3 Vật liệu làm dây điện trở

Mục tiêu: Giới thiệu các loại dây điện trở được sử dụng trên thực tế

3.1 Dây điện trở bằng hợp kim

- Hợp kim Crôm - Niken (Nicrôm) Hợp kim này có độ bền cơ học cao vì có lớp màng Oxit Crôm (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), có các đặc điểm như hợp kim Nicrôm nhưng có nhược điểm là giòn, khó gia công, độ bền cơ học kém trong môi trường nhiệt độ cao

3.2 Dây điện trở bằng kim loại

Thường dùng những kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao: Molipden (Mo), Tantan (Ta) và Wonfram (W) dùng cho các lò điện trở chân không hoặc lò điện trở

có khí bảo vệ

3.3 Điện trở nung nóng bằng vật liệu kim loại

- Vật liệu Cacbuarun (SiC) chịu được nhiệt độ cao tới 14500C, thường dùng cho lò điện trở có nhiệt độ cao, dùng để tôi dụng cụ cắt gọt

- Cripton là hỗn hợp của graphic, cacbuarun và đất sét, chúng được chế tạo dưới dạng hạt có đường kính 2-3mm, thường dùng cho lò điện trở trong phòng thí nghiệm yêu cầu nhiệt độ lên đến 18000C

4 Tính toán kích thước dây điện trở

Mục tiêu:Tính toán được các thông số của dây điện trở theo công suất lò xác định

Trong mục này 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 tiết diện: tiết diện tròn và tiết diện chữ nhật

- Đối với tiết diện tròn cần tính hai thông số: đường kính dây d và chiều dài dây điện trở L

- Đối với dây điện trở tiết diện chữ nhật cần xác định các cạnh a, b

(b/a = m = 5:10) và chiều dài dây đốt L

Trong thực tế có hai loại lò: một pha và ba pha Nếu công suất của lò lớn

hơn 5kW phải làm lò ba pha, tránh hiện tượng lệch phụ tải cho lưới điện Nhưng khi tính toán chỉ cấn tính cho một pha, vị trí số điện trở của dây dẫn của ba pha phải như nhau

Việc tính toán kích thước dây điện trởđược dựa trên hai biểu thức sau:

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

P = W.F.10-3[kW] (2.1) + Biểu thức phản ánh các thông sốđiện

P = = [kW] (2.2) Trong đó: P: Công suất của dây điện trở, kW

W: Công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực, W/

F: Diện tích xung quanh của dây điện trở,

U: Điện áp giữa hai đầu dây điện trở, V

R: Điện trở của dây đốt, Ω

ρ: Điện trở suất của vật liệu chế tạo dây điện trở, Ω /m L: Chiều dài của dây điện trở, m

S: Diện tích của tiết diện cắt ngang của dây điện trở, Biểu thức (2.1) có thể viết dưới dạng sau:

P = W.C.L.10-2[kW] (2.3) Trong đó: C - chu vi của dây điện trở, mm

C.S = [m ] (2.6) a) Đối với dây điện trở có tiết diện tròn

5 Các loại lò điện trở thông dụng

Mục tiêu: Phân loại giữa 2 loại lò làm việc theo cơ chế liên tục hoặc gián đoạn

Theo chế độ nung, lò điện trở phân thành hai nhóm chính:

1 Lò nung nóng theo chu kỳ

+ Lò giếng (hình MH21-02-03b) thường dùng để tôi kim loại và nhiệt luyện kim loại Buồng lò có dạng hình trụ tròn được chôn sâu trong lòng đất có nắp đậy

Lò giếng được chế tạo với cấp công suất từ 30 ÷ 75kW

+ Lò đẩy (hình MH21-02-03c) có buồng kích thước chữ nhật dài Các chi tiết cần nung được đặt lên giá và tôi theo từng mẻ Giá đỡ chi tiết được đưa vào buồng lò theo đường ray bằng một bộ đẩy dùng kích thuỷ lực hoặc kích khí nén

2 Lò nung nóng liên tục bao gồm:

+ Lò băng: buồng lò có tiết diện chữ nhật dài, có băng tải chuyển động liên tục trong buồng lò Chi tiết cần gia nhiệt được sắp xếp trên băng tải Lò buồng thường dùng để sấy chai, lọ trong công nghiệp chế biến thực phẩm

+ Lò quay thường dùng để nhiệt luyện các chi tiết có kích thước nhỏ (bi, con lăn, vòng bi) các chi tiết cần gia nhiệt được bỏ trong thùng, trong quá trình nung nóng, thùng quay liên tục nhờ một hệ thống truyền động điện

I: Dòng điện đi qua dây điện trở, A

R: Điện trở của dây điện trở, Ω

t: Thời gian dòng điện chạy qua dây điện trở, s

+ Thời gian nung chi tiết đến nhiệt độ yêu cầu:

t = [s] (2.12) Trong đó: G- khối lượng của chi tiết có độ dài 100mm, kg

t1- nhiệt độ yêu cầu, 0C

t2- nhiệt độ môi trường, 0C

C- nhiệt dung trung bình của chi tiết cần nung

a- tốc độ toả nhiệt của chi tiết có độ dài 100mm, kcal/s

+ Công suất điện cần cung cấp cho chi tiết có độ dài là 1mm:

[kW] (2.13) + Công suất tiêu thụ của lò điện trở:

[kW] (2.14) Trong đó: η: Hiệu suất của lò (η = 0,7 ÷ 0,75)

φ: Hệ số công suất của lò (cosφ = 0,8 ÷ 0,85)

Từ biểu thức trên ta rút ra rằng: để điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh công suất cấp cho lò điện trở Điều chỉnh công suất cấp cho lò điện trở có thể thực hiện bằng các phương pháp sau:

- Hạn chế công suất cấp cho dây điện trở bằng cách đấu thêm điện trở phụ (cuộn kháng bão hoà, điện trở)

- Dùng biến áp tự ngẫu, hoặc biến áp có nhiều đầu dây sơ cấp để cấp cho lò điện trở

- Thay đổi sơ đồ đấu dây của dây điện trở (từ tam giác sang sao, hoặc từ nối tiếp sang song song)

- Đóng cắt nguồn cấp cho dây điện trở theo chu kỳ

- Dùng bộ điều áp xoay chiều để thay đổi trị số điện áp cấp cho dây điện trở

Sơ đồ khối chức năng của hệ thống điều chỉnh và ổn định nhiệt độ được trình bày trên hình MH21-02-04

Hình MH21-02-04: Sơ đồ khối chức năng Trong sơ đồ khối chưc năng gồm có các khâu chính sau:

- Lò điện trở 3 là đối tượng điều chỉnh với tham số điều chỉnh là nhiệt độ của lò (t0)

- Bộ điều chỉnh và ổn định nhiệt độ 2 (thay đổi các thông số nguồn cấp cho

lò điện trở)

- Bộ tổng hợp tín hiệu điều khiển 1: (ԑ = đặt - ph)

Để nâng cao độ chính xác khi khống chế và ổn đinh nhiệt độ của lò điện trở,

hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở là hệ thống kín (có mạch vòng phản hồi) Việc điều chỉnh và ổn đinh nhiệt độ của lò được thực hiện thông qua việc thay đổi các thông số nguồn cấp cho lò Như vậy tín hiệu phản hồi tỷ lệ với nhiệt độ của lò trong hệ thống khống chế và ổn định nhiệt độ lò điện trở

7 Một số sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở điển hình

Mục tiêu: Phân tích được nguyên lý làm việc của một số mạch điều khiển điển hình

7.1 Sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở bằng bộ điều áp xoay chiều dùng triac

Hình MH21-02-06: Sơ đồ mạch điện nguyên lý + Thông số kỹ thuật của lò: Đây là lò công suất nhỏ, nhiệt độ làm việc thấp dùng

để nuôi, cấy vi trùng trong các viện nghiên cứu

- Công suất định mức: P = 500W

- Nhiệt độ làm việc: t0 = 370 ± 10

+ Nguyên lý điều chỉnh và ổn định nhiệt độ:

Nguyên lý điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở thực hiện bằng cách: điều chỉnh trị

số điện áp nguồn cấp cho dây điện trở bằng cách thay đổi góc mở α của triac TC Trị số góc mở α của triac được xác đinh bằng tốc độ nạp của tụ C2 Tốc độ nạp của

tụ C2 phụ thuộc vào dòng colectơ của transito TR3 (Ic) Tụ C2 được nạp cho đến khi trị sốđiện áp trên tụ UC2 ≥ Ung (Ung - là điện áp ngưỡng của transito TR2) Transito TR2 là transito một tiếp giáp (UJT) có điện áp ngưỡng:

Ung = UBEI = 0,68UCC Khi điện áp trên tụ C2 : UC2 ≥

Ung - Transito TR2 thông,tụ C2 được

phóng qua cuộn dây sơ cấp của biến áp

xung W1, cuộn thứ cấp của biến áp W2

sẽ xuất hiện xung điều khiển đặt lên cực

điều khiển của triac TC

Như vậy, góc mở α của triác TC

phụ thuộc vào điện áp UBE

UBE phụ thuộc vào: RRN, RVR1,

RVR2 và RVR3

Trong đó chiết áp: VR1, VR2 là chiết áp chỉnh định để chọn điểm làm việc hợp lý.Chiết áp VR3 để đặt nhiệt độ Đồ thị điện áp tại các điểm đo của sơ đồ được biểu diễn trên hình MH21-02-07

Hình MH21-02-07

+ Nguyên lý ổn định nhiệt độ: Giả sử nhiệt độ trong lò vì một lý do gì đó giảm xuống nhỏ hơn nhiệt độ đặt (t0 < t0 đặt), trị số đo của sơ đồ được biểu diễn trên hình MH21-02-07

Nguyên lý ổn định nhiệt độ: Giả sử nhiệt độ trong lò vì một lý do gì đó giảm xuống nhỏ hơn nhiệt độ đặt (t0 < t0 đặt), trị số điện trở của nhiệt điện trở tăng (RRN tăng) làm cho UBE của transito TR3 tăng lên (thế B âm hơn) làm cho IC tăng, tốc độ nạp của tụ C2 nhanh hơn cuối cùng góc mở α của TC giảm, điện áp cấp cho dây điện trở tăng và nhiệt độ của lò sẽ tăng đến giá trị nhiệt độ đặt

7.2 Sơ đồ khống chế ổn định nhiệt độ lò điện trở bằng bộ điều áp xoay chiều ba pha dùng Thyristor

Đối với lò điện trở có công suất trên 5kW, để tránh hiện tượng lệch phụ tải cho lưới điện nên phải dùng lò 3 pha Để khống chế và ổn định nhiệt độ của lò người ta dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha cấp điện cho dây điện trở của lò

+ Sơ đồ mạch lực của lò biểu diễn trên hình MH21-02-08:

- RdđA, RdđB và RdđC là dây điện trở của lò đấu theo hình sao (Y) hoặc đấu theo hình tam giác (∆) tuỳ thuộc vào kích thước dây điện trở khi tính chọn

- Mạch (R - C) đấu song song với các Thyristor dùng để hạn chế tốc độ tăng điện áp (du/dt) bảo vệ các Thyristor tránh hiện tượng tự mở

+ Mạch điều khiển:

Hình MH21-02-09: Sơ đồ mạch điều khiển Mạch điều khiển bộ điều áp xoay chiều có chức năng thay đổi góc mở α của các Thyristor 1T ÷ 6T để thay đổi điện áp cấp cho dây điện trở của lò, chính là thực hiện chức năng điều chỉnh và ổn định nhiệt độ của lò

Mạch điều khiển gồm có các khối chính sau:

a Khối điều khiển xung pha gồm 3 khối tương tự nhau gồm có các khâu sau:

- Khâu đồng pha và xác định thời điểm qua gốc “0” của điện áp lưới gồm biến áp 1BA, bộchỉnh lưu 1CL, các điện trở 1R ÷ 5R và transito 1T

- Khâu so sánh và tạo thời điểm phát xung dùng bộđếm DD1

- Mạch lật nhớ trạng thái (dùng trigơ R-S: DD2.1 và DD2.2)

- Khâu băm xung (DD3.1 ÷ DD3.4)

- Khâu khuếch đại xung dùng biến áp xung BAX1, BAX2 R6÷ R9, điôt Đ1÷ Đ6 và transito TR2 ÷ TR5)

- Mạch cấm R12, R13, Đ7và Đ8

b Khối tổng hợp tín hiệu điều khiển gồm các khâu sau:

- Khâu phát xung cao tần gồm DD4.1 ÷ DD4.4, chiết áp 12R và tụđiện 7C Tần sô phát xung của khâu này có thể thay đổi từ 5kHz đến 1MHz bằng cách thay đổi trị số điện trở 12R

- Khâu gia công tín hiệu phản hồi âm nhiệt độ gồm: cảm biến nhiệt độ 1RS hoặc 2RS được lựa chọn nhờ khoá chuyển đổi S Cảm biến nhiệt là một nhánh của cầu đo một chiều, các nhánh còn lại là 17R, 18R và 14R-15R-16R Cung cấp dòng cho cầu đo là bộ ổn định dòng điện cấu tạo trên khuếch đại thuật toán DA1-2 Điện trở tinh chỉnh 21R dùng để thay đổi dòng ra giới hạn nhỏ và đảm bảo thết lập giới hạn trên của nhiệt độ cần đo Giới hạn dưới của nhiệt độ cần đo thiết lập qua điện trở tinh chỉnh 14R Điện áp ra từđường chéo của cầu đo tỉ lệ với điện trở được khuếch đại bởi bộ khuếch đại vi phân thực hiện trên DA1.1, đưa đến bộ biến đổi

AD chỉ thị số và tới khuếch đại phản hồi KĐ Tín hiệu này đưa vào transito trường FET 3T đóng vai trò như một điện trở động đấu song song với chiết áp 12R và 13R Trị số điện trở của nó (RS-D) thay đổi phụ thuộc vào Uph chính là phụ thuộc vào nhiệt đô Các tụ 8C, 9C và 10C để lọc nhiễu

c Khâu bảo vệ quá dòng gồm:

- Khâu gia công tín hiệu tỉ lê với dòng tiêu thụ của lò là ba biến dòng TI1 ÷ TI3, transito TR1 ÷ TR2, khuếch đại thuật toán IC, cầu chỉnh lưu CL, chiết áp VR1

÷ VR2, điốt Đ, các điện trở R1 ÷ R2 và rơle liên động RLĐ (hình MH21-02-08)

- Khâu nhớ trạng thái và phục hồi gồm trigơ R-S (DD2.3 ÷ DD2.4), nút bấm phục hồi M, tụ C4, 9R ÷ 11R và đèn báo LED (hình MH21-02-09)

d Nguồn cấp: Nguồn +a lấy từ biến áp 1BA,1CL Nguồn +b lấy từ biến áp 2BA, 2CL Để ổn áp sơ đồ dùng bộ ổn áp thông số 11D -27R và 12D-28R Sau bộ chia

áp 25R-16R có tụ lọc phụ thêm 14C

Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau:

Tại thời điểm đi qua điểm “0” của điện áp lưới, trên cực colectơ của transito TR1 xuất hiện xung chữ nhật Xung này

đưa đến cổng R của bộ đếm DD.1 ra lệnh

bắt đầu đếm xung và đưa vào một đầu

vào R của trigơ R-S (DD2.1 ÷ DD2.2)

Khi chân thứ hai C của bộđếm DD1(lấy từ

đầu ra của bộ phát xung cao tần DD.4.1 ÷

DD.4.4) đạt được 28 = 64 xung, đầu ra 32

của bộ đếm DD.1 có mức logic “1”

Thời điểm xuất hiện mức “1” của

DD.1 phụ thuộc vào tần số phát ra của bộ

phát cao tần DD.4.1 ÷ DD.4.4 Tần số đó

quyết định trị số góc mở α của các tiristo,

chính là trị số điện áp đặt lên dây đốt của

lò điện trở Thay đổi tần số phát xung từ

5kHz đến 1MHz sẽ thay đổi được góc mở

α = 1800 ÷ 00 tương ứng với trị số điện áp

đặt lên dây đốt của lò từ Umax đến Umin Hình MH21-02-09

Nguyên lý ổn định nhiệt độ của lò thẹc hiện như sau:

Nếu vì một lý do nào đó, nhiệt độ trong lò thấp hơn nhiệt độ đặt, sức nhiệt điện phát ra từ cặp nhiệt ngẫu giảm, điện

áp phản hồi Uph của bộ khuếch đại KĐ

giảm, làm cho điện trở RS-D của FET 3T giảm, tần số phát ra của DD.4.1 ÷ DD.4.4 tăng lên, góc mở α giảm xuống, điện áp đặt lên dây đốt của lò tăng lên, kết quả nhiệt độ của lò tăng lên bằng nhiệt độ đặt và ngược lại

Nguyên lý làm việc của khâu bảo vệ quá dòng như sau: khi dòng tiêu thụ của lò nhỏ hơn dòng chỉnh định (Iđm < Icđ ), điện áp lấy trên chiết áp VR1 (điện áp trên chiết áp VR1 tỷ lệ với dòng điện lò tiêu thụ) nhỏ hơn điện áp lấy trên chiết áp VR2 (điện áp ngưỡng so sánh), điện áp ra của IC bằng –Ucc dẫn đến transito TR1, TR2 khoá, rơle liên động RLĐ không tác động Khi đó tiếp điểm RLĐ hở, dẫn đến đầu ra Q của trigơ R-S (DD2.3 ÷ DD2.4) có mức logic “1” dẫn đến đầu ra của bộ phát xung DD.4.1 ÷ DD.4.4 có xung, hệ thống làm việc bình thường

Khi dòng tiêu thụ của lò lớn hơn dòng chỉnh định, trị sốđiện trở trên chiết áp

VR lớn hơn điện áp trên chiết áp VR, điện áp ra của IC bằng +Ucc, TR1, TR2 thông, rơle RLĐ tác động dẫn đến đầu ra Q của trigơ R-S (DD2.3 ÷ DD2.4) có

mức logic “0” và đầu ra của bộ phát xung cao tần (DD4.1 ÷ DD4.4) không có xung

Sau khi xử lý xong sự cố, ấn nút “M” qua khâu vi phân 6C-10R và điôt 8Đ, đưa mức logic “1” vào DD4.4, phục hồi trạng thái làm việc cho khâu phát xung cao tần

CHƯƠNG 3: LÒ HỒ QUANG

Mã chương: MH23-03

Giới thiệu:

Lò hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và

nấu thép hợp kim chất lượng cao

1 Khái niệm chung

Mục tiêu:Nêu được sơ bộ các cơ cấu chính trong lò hồ quang

Lò hồ quang được cấp nguồn từ biến áp lò đặc biệt với điện áp đặt vào cuộn

sơ cấp (6 ÷ 10)kV, và có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp dưới tải

Hình MH21-03-01: Cấu tạo và kết cấu lò hồ quang Một lò hồ quang bất kỳ đều phải có các bô phận chính sau:

+ Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt, cửa lò và miệng rót thép nấu chảy

+ Vòm, nóc lò có vỏ cách nhiệt

+ Giá nghiêng lò

+ Điện cực

+ Giá đỡ điện cực

Và các cơ cấu sau:

+ Cơ cấu nghiêng lò để rót nước thép và xỉ

+ Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục của mình

+ Cơ cấu dịch chyển vỏ lò để nạp liệu

+ Cơ cấu nâng vòm lò để dịch chuyển vỏ lò

+ Cơ cấu dịch chuyển điện cực

+ Cơ cấu nâng tấm chắn gió của cửa lò

2 Sơ đồ cung cấp điện của lò hồ quang

Mục tiêu:Phân tích sơ lược sơ đồ mạch động lực của lò hồ quang

Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang được giới thiệu trên hình MH21-03-02 Nguồn cấp cho lò hồ quang được lấy từ trạm phân phối trung gian với cấp điện áp 6, 10, 20 hoặc 22kV (tuỳ theo cấp điện áp của trạm phân phối)

Sơ đồ cấp điện có các thiết bị chính sau:

+ Cầu dao cách ly, đóng cắt không tải

dùng để cách ly mạch lực của lò và lưới

điên trong trường hợp cần sửa chữa

+ Máy cắt dầu 1MC, đóng cắt có tải cấp

năng đảm bảo cho ngọn lửa hồ quang

cháy ổn định, đặc biệt là trong giai đoạn

nung nóng và nấu chảy kim loại Sau đó

cuộn kháng K được ngắn mạch bằng máy

cắt dầu 2MC

+ Máy cắt dầu 3MC và 4MC dùng để đổi

nối sơ đồ đầu dây cuộn sơ cấp của biến áp

lò (BAL) thành hình sao (Y) hoặc tam

giác (Δ)

+ Biến áp lò (BAL) dùng để hạ áp và điều

chỉnh điện áp cấp cho lò Biến áp lò về

cấu tạo và hình dáng giống như biến áp

động lực thông thường, nhưng nó làm

việc trong môi trường khắc nghiệt, điều

kiện làm việc nặng nề cho nên so với Hình MH21-03-02

biến áp động lực thông thường nó có những đặc điểm khác biệt sau:

- Cùng một cấp công suất, biến áp lò có kích thước và khối lượng lớn hơn

- Dòng ngắn mạch nhỏ (I

nm ≤ 3I

đm)

- Có độ bền cơ học cao để chụi được sự tác động của lực điện từ phát sinh

trong các cuộn dây và thanh dẫn trong trường hợp xảy ra hiện tượng ngắn mạch

làm việc

- Có khả năng tự động điều chỉnh điện áp dưới tải trong phạm vi khá rộng

khi điện áp lưới dao động

Công suất của biến áp lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện công suất

nhiệt trong giai đoạn nóng chảy, vì ở giai đoạn còn lại công suất nhiệt lò yêu cầu ít

hơn

3 Điều chỉnh công suất lò hồ quang

Mục tiêu: Nêu được phương pháp điều chỉnh công suất lò hồ quang thông dụng

Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai đoạn, công

suất điện tiêu thụ khác nhau Bởi vậy, điều chỉnh công suất lò hồ quang là một vấn

đề quan trọng đối với công nghệ nấu luyện kim loại trong lò hồ quang

Điều chỉnh công suất lò bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc sự dịch

chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi

được điện áp hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang Có thể duy trì công

hq =const sẽ không mồi hồ quang tự động được

Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ làm cho dòng 2 pha còn

lại thay đổi Ví dụ như đứt 1pha, dòng 2 pha còn lại giảm xuống và lúc đó bộ điều

chỉnh thực hiện việc hạ điện cực xuống mặc dầu không cần việc đó Các bộ điều

chỉnh này chỉ dùng cho lò một pha, chủ yếu là lò hồ quang chân không

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp U

hq = const có khó khăn trong việc đo thông số này Thực tế, cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của lò và thanh cái thứ cấp

BAL Do vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự thay đổi dòng của một

pha sẽ ảnh hưởng tới 2 pha còn lại như đã trình bày

hq) Trong đó: a,b các hệ số phụ thuộc biến áp, biến dòng…

Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá trị đặt Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất lò, ít chụi ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha

4 Một số sơ đồ khống chế dịch cực lò hồ quang

Mục tiêu: Phân tích được sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang

4.1 Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực hồ quang (hình MH21-03-03)

Hình MH21-03-03: Sơ đồ khối chức năng hệ điều chỉnh công suất lò hồ

quang

Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 7 (lò hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai Bộ điều chỉnh gồm các phần tử cảm biến dòng 1 và biến áp 2, phần tử so sánh 3, bộ khuếch đại 5, cơ cấu chấp hành 6 và thiết bị đặt 3 Trên phần tử so sánh 4 có hai tín hiệu từ đối tượng tới (từ đối tượng dòng và áp) và một tín hiệu từ thiết bị đặt tới Tín hiệu so lệch từ phần tử so sánh được khuếch đại qua bộ khuếch đại 5 rồi đến cơ cấu chấp hành 6 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 phần tử phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dòng , áp hồ quang v.v…Trong sơ

đồ cũng có thể có các phần tử chương trình hoá, máy tính v.v…

Hệ điều chỉnh có thể dùng khuếch đại từ, khuếch đại máy điện, Thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ…

4.2 Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuếch đại - động cơ

Lò hồ quang được trang bị bốn hệ truyền động như nhau, trong đó ba hệ dùng để truyền đông ba điện cực, hệ còn lại ở chế độ dự phòng

Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động được biểu diễn trên hình MH21-03-04

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đ truyền động nâng hạ điện cực thông qua cơ cấu truyền lực dùng bánh răng - thanh răng được cấp nguồn từ máy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐ

MĐKĐ có ba cuộn kích thích:

- Cuộn chủ đạo CĐC1ở chế độ tự động và CĐC2 ở chế độ bằng tay

- Cuộn phản hồi âm điện áp CFA

Ở chế độ tự động: cầu dao 1CD hở, 2CD đóng và tay gạt 5-6 và 7-8 đóng Điện áp ra ở chỉnh lưu tỉ lệ với dòng điện hồ quang đặt lên chiết áp 3R Điện áp ra của cầu chỉnh lưu 2CL tỉ lệ với điện áp hồ quang đặt lên chiết áp 4R Điện áp đặt lên cuộn kích thích CĐ1 bằng:

UCĐC1 = U

R4 – UR3 (3.3) Khi điện áp chưa chạm vào phôi liệu, dòng điện hồ quang (I

hq) bằng không, điện áp hồ quang là trị số cực đại U

hqmax Điện áp đặt lên cuộn CĐC1 bằng:

UCĐC1 = U

R4 (3.4) Sức từ động sinh ra trong cuộn CĐC1 có chiều để MĐKĐ phát ra điện áp có cực tính để động cơ Đ quay theo chiều hạ điện cực đi xuống với tốc độ chậm vì lúc này dòng hồ quang bằng không nên rơle dòng RD chưa tác động, điện trở 5R nối tiếp với cuộn CĐC1, mặt khác điột 3CL thông làm ngắn mạch điện trở 7R nên dòng trong cuộn phản hồi âm điện áp CFA tăng lên

Sức từ động tổng trong các cuộn kích thích là sẽ giảm xuống, kết quả là điện cực được hạ xuống chậm

F

t = F

cđ - F

A (3.5) Khi điện cực chạm vào phôi liệu (hiện tượng ngắn mạch làm việc), dòng hồ quang có trị số cực đại (I

hq = I

nm), còn điện áp hồ quang bằng không (U

hq = 0) Mặt khác rơ le dòng RD tác động nên điện trở 5R bị ngắn mạch, điện áp đặt trên cuộn CĐC1 bằng điện áp đặt lên điện trở R3

UCĐC1 = U

R3 (3.6) Sức từ đông do cuộn dây CĐC1 đảo chiều, máy điện khuếch đại phát ra điện

áp có cực tính ngược lại, làm cho đông cơ đảo chiều quay kéo điện cực lên nhanh Trong chế độ nâng, điôt 3CL khoá, điện trở 7R được nối tiếp với cuộn CFA làm giảm sức từ động F

A, đồng thời điôt 4CL thông nên rơle điện áp RA tác động làm cuộn dây rơle thời gian mất điện Sau thời gian mở chậm, tiếp điểm RTh mở ra đưa

điện trở 10R vào nối tiếp với cuộn kích thích CKĐ của động cơ làm giảm từ thông

để tăng tốc động cơ trên tốc độ cơ bản Kết quả là sức từ động tổng trong các cuộn kích từ tăng lên để điện cực được kéo lên nhanh khỏi phôi liệu và sau thời gian chỉnh định (đủ để cho điện áp MĐKĐ đạt đến định mức) từ thông động cơ giảm để tốc độ tăng trên tốc độ cơ bản

Khi điện cực nâng khỏi phôi liệu, ngọn lửa hồ quang xuất hiện, quá trình mồi hồ quang hoàn tất Trong quá trình điện cực di chuyển theo chiều đi lên, dòng điện hồ quang giảm, điện áp hồ quang tăng lên Hiệu điện áp lấy trên chiết áp 3R

và 4R giảm dần, sức từ động giảm, điện áp phát ra của máy điên khuếch đại giảm dần và động cơ nâng điện cực chậm dần Khi điện áp máy phát của máy điện khuếch đại nhỏ hơn ngưỡng tác động của RA, RA không tác động nên RTh có điện

để ngắn mạch điện trở 10R làm tăng dòng của cuộn CKĐ đến giá trị định mức, tốc

độ động cơ lại càng giảm đến thời điểm thời điểm khi điện áp trên 3R và 4R cân bằng về trị số, điện áp trên cuộn CĐC1 bằng không, điện áp phát ra của máy điện khuếch đại bằng không động cơ ngừng quay, ngọn lửa hồ quang cháy ổn định Trong quá trình nấu luyện, do sự bắn phá của các điện tử lên bề mặt điện cực, làm cho điện cực bị mòn dần, hệ truyền động sẽ tự động hạ điện cực theo chiều đi xuống để duy trì độ dài cung lửa hồ quang không đổi, duy trì tỷ số:

constIUhqhq= (3.7)

Ở chế độ khống chế bằng tay, cầu dao 1CD đóng, 2CD mở, tay gạt 1-2 và

3-4 đóng (để nâng điện cực) hoặc 9-10 và 11-12 đóng (để hạ điện cực), cuộn CĐC2

có điện, chức năng tương tự như cuộn CĐC1 ở chế độ tự động

Hình MH21-03-04: Sơ đồ dịch cực cho một pha lò hồ quang

5 Lò hồ quang chân không

Mục tiêu:Giới thiệu được sơ bộ kết cấu và ứng dụng của lò hồ quang chân không

Lò chân không được ứng dụng trong:

- Sản xuất các vật liệu chịu nhiệt và có hoạt tính hoá học mạnh như: ziricôni Zn, titan Ti, vonfram W v.v…

- Sản xuất kim loại hiếm

- Sản xuất thép chất lượng cao, có lý tính tốt dùng trong các ổ đỡ cao tốc…

- Sản xuất các vật liệu đặc biệt dùng trong các ngành kỹ thuật như: nguyên tử, vũ trụ…

Có 2 loại lò hồ quang chân không:

- Lò có điện cực không tiêu tốn bằng graphic hay bằng đồng với đầu cực vonfram (có làm mát bằng nước) Loại lò này khó đảm bảo chất lượng cao của kim loại luyện vì thành phần bị làm bẩn bởi các điện cực khi nấu luyện

- Lò có điện cực tiêu tốn là chính kim loại nấu luyện thường được sử dụng rộng rãi

Lò hồ quang chân không thường bao gồm các bộ phận chính:

- Khuôn kết tinh ở dạng ống đồng (tròn, ôvan hay chữ nhật) có vỏ làm mát bằng nước Thường lớp ngoài bằng vật liệu không từ tính có đặt cuộn dây để tập trung

hồ quang dọc trục ống và khuấy trộn kim loại trong bể lỏng

- Cơ cấu treo và dịch điện cực Hệ treo có thể là mềm (tời, xích) hay cứng (vít, bánh răng) và tốc độ dịch cực 20 ÷ 300mm/ph

- Buồng làm việc có ống nạp liệu hay phễu

- Hệ thống bơm chân không, dụng cụ đo

- Hệ thống làm mát lò

- Nguồn cấp và hệ điều khiển

- Nếu nấu luyện trong khí trơ thì có hệ thống truyền khí trơ

6 Lò hồ quang Plasma

Mục tiêu:Giới thiệu được những nét cơ bản của lò hồ quang plasma

Lò hồ quang plasma là lò sử dụng plasma lạnh Đó là khí ion hoá có mức ion hoá khoảng 1% (tỉ số giữa số ion trên tổng số phân tử) Plasma nhiệt độ thấp được ứng dụng trong quá trình như nấu luyện quặng, hợp kim, tinh luyện thép và hợp kim chất lượng cao, chịu nhiệt và tổng hợp các chất khác

Ưu điểm của lò hồ quang plasma là tập trung một năng lượng nhiệt lớn trong một vùng thể tích nhỏ nên đảm bảo nhiệt độ quá trình rất cao, do đó tăng được khả năng phản ứng và tốc độ phản ứng Trạng thái kích thích của nguyên tử ở nhiệt độ cao còn cho phép gây phản ứng để tạo các môi liên kết mà không thể thực hiện được ở các điều kiện thông thường

Phần tử cơ bản của lò plasma là plasmatron, ở đó điện năng của nguồn cấp được biến đổi thành nhiệt năng của dòng plasma nhiệt độ thấp

Phân loại plasmatron theo nguyên lý biến đổi điện năng thành nhiêt năng có: plasmatron hồ quang, plasmatron cảm ứng và điện tử Theo loại dòng điện có plasmatron dòng một chiều, xoay chiều tần số công nghiệp và cao tần Trong Plasmatron hồ quang loại tác dụng trực tiếp được dùng phổ biến

CHƯƠNG 4

LÒ CẢM ỨNG

Mã chương: MH23-04 Giới thiệu:

Lò cảm ứng làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, khi đưa một khối kim loại vào trong một từ trường biến thiên, trong khối kim loại xuất hiện

dòng điện xoáy (Foucault), nhiệt năng do dòng điện xoáy đốt nóng khối kim loại Mục tiêu:

- Trình bày được nguyên lý làm việc của lò cảm ứng

- Phân tích được một số sơ đồ khống chế nhiệt độ lò cảm ứng

Nội dung chính:

1 Khái niệm chung

Mục tiêu: Nêu được nguyên lý chung của lò cảm ứng và ứng dụng của lò

Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, khi đưa một khối kim loại vào trong một từ trường biến thiên, trong khối kim loại xuất hiện dòng điện xoáy (Foucault), nhiệt năng do dòng điện xoáy đốt nóng khối kim loại Nhiệt năng truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Điện trở suất ρ và hệ số từ thẩm μ của kim loại

- Trị số dòng điện của nguồn cấp Nếu tăng trị số dòng điện lên hai lần thì nhiệt năng tăng lên bốn lần

- Tần số dòng điện của nguồn cấp Nếu tăng tần số lên bốn lần thì nhiệt năng sẽ tăng lên hai lần

Từ đó ta nhận thấy rằng: tăng dòng điện của nguồn cấp hiệu quả hơn tần

số của nguồn cấp nhưng thực tế trị số dòng không thể tăng lên được quá lớn vì lý

do cách điện, trị số dòng lớn làm nóng chảy vòng cảm ứng (mặc dầu đã được làm mát bằng dòng nước liên tục) cho nên thực tế người ta tăng tần số của nguồn cấp

Các bộ nguồn tần số cao có thể tạo ra bằng các phương pháp sau:

- Dùng máy phát điện đặc biệt tần số cao do kết cấu cơ khí nên tần số của máy phát không vượt quá 2000Hz

- Bộ biến tần dùng thyristor do công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa chế tạo được loại thyristor tần số cao nên tần số chỉ giới hạn tới 2000Hz

- Bộ biến tần dùng đèn phát điện tử, tần số cao tới 400kHz bằng cách dùng đèn điện tử ba cực nhưng hiệu suất của bộ nguồn không cao, tuổi thọ của đèn thấp

2 Một số sơ đồ khống chế lò cảm ứng

Mục tiêu:Phân tích được nguyên lý làm việc của một số lò cảm ứng

2.1 Lò cảm ứng tần số công nghiệp ( hình MH21-04-02)

Lò cảm ứng tần số công nghiệp

được cấp nguồn từ lưới điện quốc gia qua

cầu dao cách ly CL, máy cắt MC và biến

áp lò BAL, trong quá trình nấu luyện, điều

chỉnh công suất của lò bằng bộ điều chỉnh

điện áp dưới tải của cuộn sơ cấp biến áp lò

Vì hệ số công suất (cosφ) của lò rất thấp

(0,6 ÷ 0,7) nên dùng bộ tụ điện tĩnh C để

bù công suất phản kháng nhằm nâng cao

hệ số công suất lò Điều chỉnh dung lượng

bù của lò bằng công tắc K Khối đối xứng

ĐX gồm cuộn kháng Ls, tụ Cs có chức

năng cân bằng phụ tải giữa các pha của

biến áp lò Để tận dụng hiệu suất sử dụng

thiết bị, lò cảm ứng có hai nồi nấu thép,

làm việc luân phiên nhau bằng cầu dao

chuyển đổi 1CD và 2CD Hình MH21-04-02

2.2 Lò cảm ứng trung tần dùng máy phát điện cao tần (hình MH21-04-03) Hai lò cảm ứng trung tần lò 1 và 2 được cấp nguồn từ cùng một máy phát cao tần F Máy phát cao tần được động cơ không đồng bộ sơ cấp Đ kéo; các tụ C

1 và C

2 bù công suất vô công nhằm nâng cao hệ số công suất (cosφ)

Biến áp đo lường TU (biến điện áp), biến dòng (TI) cấp nguồn cho các đồng hồ đo: Vôn kế (V), ampe kế (A), wat kế (W) và công tơ vô công (VAr) Đối với tần số (150 ÷ 500) Hz thường dùng máy phát đồng bộ thông thường cực lồi, cuộn dây kích từ quấn trên rôto của máy phát

Đối với tần số (1000 ÷ 8000)Hz dùng loại máy phát kiểu cảm ứng, cuộn dây kích thích và cuộn dây làm việc quấn trên stato của máy phát, còn roto có dạng bánh răng Kết quả từ thông do cuộn kích thích sinh ra là từ thông đập mạch, cảm ứng ra trong cuộn dây làm việc dòng điện tần số cao

Hình MH21-04-03: Lò trung tần cấp nguồn từ máy phát cao tần

2.3 Lò cảm ứng trung tần dùng bộ biến tần

Hình MH21-04-04: Sơ đồ khối chức năng lò cảm ứng dùng bộ biến tần Trong sơ đồ khối chức năng của lò cảm ứng trung tần dung bộ biến tần gồm có các khâu chính sau:

+ Lò trung tần: có vòng cảm ứng quấn xung quanh nồi lò và một bộ tụ điện

- Mạch điều khiển gồm có các khâu:

+ KNg: khâu nguồn một chiều cung cấp cho tất cả các khâu trong mạch điều khiển

+ KĐCS: khâu điều chỉnh công suất tiêu thụ của lò cảm ứng

+ KĐK2: khâu điều khiển bộ chỉnh lưu

+ KĐK1: khâu điều khiển bộ nghịch lưu

+ KĐK3: khâu điều khiển công nghệ dùng rơle - công tắc tơ… đo lường

và bảo vệ

CHƯƠNG 5 MÁY HÀN ĐIỆN

Mã chương: MH23-05 Giới thiệu:

Hiện nay hàn điện là một trong những thiết bị được dùng rộng rãi trong công nghiệp, trong xây dựng, trong ngành chế tạo và sửa chữa máy móc Việc nắm bắt các nguyên lý làm việc là tiền đề để tiếp thu kỹ năng chẩn đoán các sai

hỏng phục vụ cho công tác bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa các loại máy hàn Mục tiêu:

- Phân tích nguyên lý, cách thực hiện của các loại máy hàn áp dung vào thực tế

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

Nội dung chính:

1 Khái niệm chung

Mục tiêu: Phân loại và nêu được các đặc trưng cơ bản của máy hàn điện

Hàn điện là một phương pháp ghép nối các chi tiết được dùng rộng rãi trong công nghiệp, trong xây dựng, trong ngành chế tạo và sửa chữa máy Hàn điện có những ưu điểm nổi bật với phương pháp ghép nối khác như tán đinh, rivê, bulông, êcu nhờ:

- Tiết kiệm nguyên vật liệu

- Độ bền cơ học mối ghép nối cao

- Giá thành hạ, năng suất cao

- Dễ dàng thực hiện cơ khí hoá và tự động hoá quá trình công nghệ

Các phương pháp hàn điện rất đa dạng và nhiều loại máy hiện đại được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau Phân loại các phương pháp hàn điện một cách tổng thể được biểu diễn trên hình MH21-05-01

Hình MH21-05-01: Phân loại các phương pháp hàn điện

Để đảm bảo chất lượng của mối hàn, nâng cao năng suất của máy hàn, nguồn hàn của các máy hàn phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật sau:

a) Điện áp không tải

Đối với công nghệ hàn điện yêu cầu điện áp thấp và dòng hàn lớn, cho nên nguồn hàn nhất thiết phải có biến áp hàn để hạ điện áp Điện áp không tải ở đây chính là điện áp thứ cấp không tải của biến áp hàn (BAH).

+ Đối với công nghệ hàn hồ quang, điện áp không tải phải lớn hơn điện áp mồi hồ quang

- U

20min= (50 ÷ 60)V đối với nguồn hàn xoay chiều

- U

d0min= (45 ÷ 55)V đối với nguồn hàn một chiều

+ Đối với công nghệ hàn tiếp xúc U

nm: trị số dòng điện ngắn mạch, A I

2 : trị số dòng điện hàn định mức, A Đặc tính ngoài của nguồn hàn hay còn gọi là đặc tính Vôn – ampe của nguồn hàn biều diễn sự phụ thuộc của điện áp hàn vào dòng hàn U

2= f(I

2) Khi mạch hàn hở (I

2 =0), điện áp hàn chính là điện áp không tải của nguồn hàn (U

20 - điện áp thứ cấp không tải của biến áp hàn)

Dạng đặc tính ngoài của máy hàn có hai loại:

- Dạng đặc tính ngoài cứng

- Dạng đặc tính ngoài mềm

+ Dạng đặc tính ngoài mềm (hình MH21-05-02a) dùng cho các phương pháp hàn sau:

- Hàn hồ quang bằng tay với que hàn rời

- Hàn hồ quang trong khí bảo vệ (khí argon Ar) với que hàn vonfram (W)

- Hàn hồ quang tự động dưới lớp trợ dung

Khi tốc độ cấp dây hàn vào vùng hàn phụ thuộc vào điện áp hồ quang

- Nguồn hàn có dạng đặc tính ngoài mềm là bộ nguồn dòng Dòng điện hàn có thể điều chỉnh trong phạm vi từ I

21 đến I

22