Tài liệu Luận Văn: "Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang" docx

Qua kỳ học tập vừa qua em được giao đề tài môn học với nội dung “Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang” Nội dung đồ án của em có những phần chính sau: Phần I:

Luận Văn: "Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ

quang"

LỜI NÓI ĐẦU

Trong 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 phẩm của ngành luôn có 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 phổ biến với ưu điểm là đơn giản dễ tạo ra các loại thép có chất lượng mong muốn

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

Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra của biến áp lò hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay được điện áp hồ quang, dòng điện

hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp máy tính và thiết bị thông minh các quá trình sản xuất ngày càng có sự tham gia của các thiết bị này để điều khiển một cách chính xác tự động quá trình sản xuất Qua kỳ học tập vừa qua em được giao đề tài môn học với nội dung “Thiết kế

hệ thống điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang”

Nội dung đồ án của em có những phần chính sau:

Phần I: Những vấn đề chung về lò hồ quang

Phần II: Thiết kế sơ đô nguyên lý

Phần III: Tính chọn các thiết bị

Phần IV: Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

Phần V : Nguyên lý làm việc của hệ thống

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn : Nguyễn Ngọc Kiên và các thầy giáo trong bộ môn đã giúp đỡ nhiệt tình , cộng với sự nỗ lực của bản

thân em đã hoàn thành đề tài này Song do khả năng và thời gian có hạn nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong được sự chỉ bảo hướng dẫn của các thày cô giáo và các bạn đóng góp ý kiến để em hoàn thiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên ngày 20/3/2001

Sinh viên thực hiện

Trần Đại Khoa

PHẦN I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

VỀ LÒ HỒ QUANG

Chương I

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ LÒ HỒ QUANG

I Khái niệm chung.

I.1 Khái niệm.

Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chẩy kim loại

Lò hồ quang dùng để lấu thép chất lượng cao

I.2 Phân loại

Theo dòng điện lò hồ quang chia thành hai loại

+) Lò hồ quang một chiều +) Lò hồ quang xoay chiều Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang chia ra

+) Lò nung nóng gián tiếp : nhiệt của ngọn lửa xẩy ra giữa haiđiện cực được dùng để nấu chẩy kim loại

+) Lò nung nóng trực tiếp : nhiệt của ngọn lửa hồ quang xẩy ra giữa hai điện cực và kim loại dùng để nấu chẩy kim loại

Theo đặc điểm chất liệu vào lò , lò hồ quang được phân thành :

+) Lò chất liệu bên sườn bằng phương pháp thủ công hay máymóc qua cửa lò

+) Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gần chất liệu

I.3 Kết cấu chung

Với mọi lò hồ quang bất kỳ , đều có các bộ phận chính :

+) Mồi lò có lớp vỏ cách nhiệt và có cửa lò và miệng rót +) Vàn nóc lò có vỏ cách nhiệt

răng , cáp điện hay bơm thuỷ lực

+) Cơ cấu nghiên lò truyền động bằng hệ thống điện hay hệ thốngthuỷ lực

+) Phần dẫn điện tử BA đến lò Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp điện từ trên cao còn có cơ cấu nâng , quay vòm lò , cơ cấu rót kim koại hay gầu nạp liệu

Trong các lò hồ quang có nồi lò sâu , kim lọi lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh lệch nhiệt độ theo độ cao

Trong điều kiện đó , để tăng cường phản ứng của kim loại với xỉ và đảmbảo khả năng nung nóng kim loại trước khi rót , cần phải khuấy trộn kim loại lỏng ở các lò dung lượng nhỏ thì việc khuấy trộn được thực hiện bằng tay quacác cơ cấu cơ khí

Với lò có dung lựng trung bình và lớn thì thực hiện bằng thiết bị khuấy trộn để không những làm giảm lao động vất vả của thợ mà còn nâng cao chất lượng của kim loại lấu

Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là các thiết bị điện tử có

nguyên lý làm việc tương tự đoọng cơ KĐB rotor ngắn mạch

Từ trường chạy tạo ra ở lò có đáy phi kim nhờ hai cuận dây (stator ) dòng xoay chiều lệch pha nhau 900 Do từ trường này mà kim loại có lực điện

từ dọc trục là khi đổi nố dòng trong các cuận dây , có thể thay đổi hướng chuyển động của dòng trong nồi theo hướng ngược lại

I.4 Các thông số quan trọng của lò hồ quang

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

công suất định mức của máy biến áp lò : ảnh hưởng quyết định đến thời gian nấu luyện, nghĩa là tới năng suất lò ,chẩy kim loại

Theo mức độ công suất tác dụng của biến áp trong giai đoạn nấu chảy với 1T kim loại lỏng , lò hồ quang cò đưa ra :

Lò có công suất bình thường , cao và rất cao

Đối với lò hồ quang có công suất cao và rất cao còn có hệ làm mát bằng nước qua vỏ lò

II Mạch ngắn (cơ cấu dẫn điện ).

Mạch ngắn hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn có thể tới hàng trụ , hàng trăm nghìn ampe

Tổn hao công suất ở mạch ngắn

Chống lại hiện tượng trên bằng cách phân bố đối xứng bề mặt hình học

và về mặt điện từ của mạch ngắn và của các thanh dẫn chuyển dòng tới các điện cực không được bù và trừ Với các lò dung lượng lớn mạch ngắn được

Hai bên nối càn giữ điện cực có đặt hai dây dẫn dòng pha cách điện nhau Ở sơ đò này thì hai pha có các dây dẫn từ đâú đầu và đấu cuối tới hai điện cực kề sát nhau , tạo ra hệ hai dây , có pha thứ ba dẫn dòng tới hai cầu giữa ngoài sẽ không có tính chất của hệ hai dây Tính không đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều nhưng chưa hoàn toàn người ta thực hiện dẫn dòng

hệ hai dây cho cả ba pha nhờ thêm cầu phụ :

Mang dây đấu cuối pha 3 tới điện cực một vòng qua điện cực 3 cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 được dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học Cách này giảm tính không đối xứng của mạch ngắn đến mức tối thiểu

III Đặc điểm và chế độ làm việc của lò hồ quang

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

III.1 Giai đọan nung nóng vật liệu và nấu chẩy kim loại

Trong giai đoạn này lò cần công suất nhiệt lớn nhất điện năng tiêu thụ chiếm khpảng 60  80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm

50  60% toàn bộ thời gian một chu trình

Để đảm bảo công suất nấu chẩy ngọn lửa hồ quang cần phải cháy ổn định khi cháy điện cực bị ăn mòn dần , khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng lên Để duy trì hồ quang điện cực phải được điều chỉnh vào gần kim loại

và gây ra ngắn mạch làm việc Ngắn mạch làm việc tuy xẩy ra trong thời gian ngắn nhưng lại hay xẩy ra nên các thiết bị điện trong mạch động lực thường phải làm việc ở ddieeuf kiện nặng nề đây là đặc điểm nổi bật cần lưu ý khi tínhtoán và chọn thiết bị cho lò hồ quang

Ngắn mạch làm việc cũng có thể xẩy ra do sụt lở các thành củ hố bao quanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu Rồi sự nóng chẩy của các mẩu liệu cũng có thể phá huỷ ngọn lửa hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa Lúc đó phải tiến hành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuốg cho trạm kim loại rồi nâng lên tạo hồ quang

Trong giai đoạn này số lần ngắn mạch làm việc có thể đến 100 hoặc hơn.Mội lần xẩy ra ngắn mạch làm việc công suất hữu ích giảm mạnh và có khi bằng 0 với tổn hao cực đại Thời gian cho phép của một lần nm làm việc là 23S => giai đoạn nấu chẩy là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn định nhất công suất nhiệt của hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rất ngắn thường từ và mm đến 10 15 mm

III.2 Giai đoạn oxy hoá và hoàn nguyên

Đây là giai đoạn khử cacbon của kim loại đến một giới hạn nhất định tuỳ theo yêu cầu công nghệ khử P, S, khử khí trong gang rồi tinh luyện Sự cháy hoàn toàn cacbon gây sôi mạnh kim loại ở giai đoạn này cong suất nhiệt yêu cầu về cơ bản là để bù lại các tổn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60% công suất nhiệt của giai đoạn một hồ quang cũng cần duy trì ổn định

Trước khi thép ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử oxy , khử sun fua và hợp kim hoá kim loại công suất yêu cầu lúc này chỉ cỡ 30% so với giai đoạn 1 chế độ năng lượng tương đối ổn định và chiều dài hồ quang khoảng vài trục mm

III.3 Giai đoạn phụ

Đây là giai đoạn lấy sản phẩm đã nấu luyện , tu sửa và làm vệ sinh và chất liệu vào lò

IV - Yêu cầu về trang bị điện cho lò hồ quang

Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đề có các bộ điều chỉnh luyện nâng cao năng suất lò giảm suất chi phí năng lượng giảm thấp cacbon cho kim loại , nâng cao chất lượng thép giảm dao động công suất khi nấu chẩy , cải thiện điều kiện lao động

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

Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực đẫ thay đổi chiều dài của ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi được diện áp hồ quang , dòng

hồ quang và công suất tá dụng của hồ quang

Về nguyên tắc việc duy trì công suất lò hồ quang có thể thông qua việc duy trì một trong các thông số sau :

Dòng điện hồ quang Ihq , điện áp hồ quang Uhq , tỷ số giữa điện áp và dòng điện hồ quang (tổng trở )

hq

hq hq

Ví dụ : khi hồ quang trong một pha bị đứt thì lò hồ quang làm việc như phụ tải

một pha với 2 pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây Lúc đó các bộ điều chỉnh hai pha còn lại sẽ tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần điều đó Các bộ điều chỉnh loại này chỉ dùng cho lò hồ quang mọt pha và chủ yếu dùng trong

lò hồ quang chân không

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi (Uhq = const) có khó khăn trong việc đo thông số này thực tế cuận dâty đo được nối giữa thân kim loại của lò và thanh cái thứ cấp BAL Do vậy điện áp đo được phụ thuộc dòngtải vaò dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẽ ảnh hưởng tới 2 pha còn lại

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

const I

U Z

hq hq

hq hq

Z Z

Z I

b

U b I

Vậy điều chỉnh thực hiện theo chế độ lẹch của tổng trở hồ quang so vớ giá trị đặt phương pháp này dễ môì hồ quang , duy trì được công suất , ít chịu ảnh hưởng củ dao động điện áp nguần cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (nấu chẩy, ôxy hoá ,hoàn nguyên )đòi hỏi một công suất nhất định , mà công suất này lại phụ thuộc chiều dài ngọn lửa hồ quang Như vậy điều chỉnh dịch điện cực là điều chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang do đó điều chỉnh được công suất lò hồ quang

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

Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò duy trì dòng điện hồ quang không tụt quá (4 5)% trị số dòng điện làm việc Vùng không nhạy

của bộ điều chỉnh không vượt quá  (3 6) % trong giai đoạn nấu chẩy và  (2 4) % trong các giai đoạn khác

Tác động nhanh , bảo đảm khử đứt mạch hay đứt hồ quang trong thời gian (1,5 3,0)ms Điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính , giảm sự thấm cacbon của kim loại

Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần trong giai đoạn nấu chẩy Bảo đảm yêu cầu này nhờ tốc độ dịch chuyển nhanh 2,5 3m/phút Trong giai đoạn nấu chảy dòng điện hồ quang càng lệch xa trị số đặt thì tốc độ dịch cưc càng phải nhanh

Thời gian chỉnh ngắn

Hạn ché tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bịphá vỡ trong thời gian rất ngắn , hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng Yêu cầu này cũng cần đối với lò 3 pha không có dây trung tính chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ các chế độ hồ quang của các pha còn lại

Điện cực các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể dịch

chuyển Do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để sự làm việc của các pha khác

Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn 20 125% trị số định mức với sai số không quá 5%

Có thể chuyển đổi nhanh từ ché độ điều khiển tự động sang chế độ điềukhiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ bất kỳ (nâng điện cực trước khichất liệu vào lò ) và ngược lại , chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động

Tụ động châm lửa hồ quang khi bắt đầu vào làm việc và sau khi hồ quang bị cắt đứt khi ngắn mạch thì được nâng điện cực nên không làm đứt hồ quang

Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới

cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể truyền động bằng điện-cơ hoặc thủylực.Trong cơ cấu điện-cơ ,động cơ được dùng phổ biến là động cơ một chiều kích từ độc lập vì nó có Momen khởi động lớn ,giải điều chỉnh rộng,bằng phẳng dễ điều chỉng và có thể dễ mở máy,đảo chiều,hãm Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có Momen quán tính của Roto nhỏ.

Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường , kiểm tra phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng nối với ampe kế đo dòng điện hồ quang

Máy biến áp lò MBAL

Máy biến áp lò dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong các điều kiện đặc biệt nặng lề nên có các đặc điểm sau :

+ Công suất rất lớn và dòng điện thứ cấp rất lớn + Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch + có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện tử phát sinh trong các cuận dây , thanh dẫn khi có ngắn mạch

+ có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng

+ Phải làm mát tốt vì dòng lớn , hay có ngắn mạch , biến áp đặt ởlơi kín lại gần lò

Quá trình mồi hồ quang khi khởi động

Giả thiết trước khi làm việc điện cực không tiếp xúc với kim loại trong

lò muốn khởi động lò và cho lò làm việc ở chế độ tự động ta đưa về vị trí tự động bởi vì khi bắt đầu làm việc độ nhậy của các khí cụ rất nhanh không cho phếp xẩy ra ngắn mạch lúc này dòng điện hồ quang sẽ tăng và điện áp hồ quang sẽ giảm lúc này tách nhanh điện cực ra khỏi kim loại làm xuất hiện hồ quang ở giai đoạn đầu khi dòng điện lớn thì rơle dòng điện tác động làm ngắt mạch điện trở Khi khoảng cách giữa điện cực tăng dần thì Uhq Ihq 

PHẦN II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Chương I

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I - Sơ đồ khống chế một pha dịch cực lò hồ quang

Hệ gần đối tượng điều chỉnh (lò hồ quang ) và bộ điều chỉnh vi sai Bộ

hai tín hiệu từ thiết bị đặt tới Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh được

khuyếch đại qua bộ khuyếch đại 4 rồi tới cơ cấu chấp hành 5 để dịch điện cực theo hướng giảm sai lệch

Để hoàn thiện đặc tính động của hệ nâng cao chất lượng điều chỉnh thường sơ đồ còn có các phản hôì về tốc độ dịch cực , tốc độ thay đổi dòng , áp

Trong sơ đồ cũng có thể có các phần tử chương trình hoá máy tính

Hệ điều chỉnh có thể dùng khuyếch đại máy điện , khuyếch đại từ , Thyistor , thuỷ lực , li hợp điện từ

II Chọn phương án truyền động

Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuyếch đại từ trường ngang

II Chọn phương án truyền động

Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuyếch đại từ trường

ngang

CKĐ CD

Cơ cấu tuyền động điện cực

2R 1K

2K

CĐC 1

CĐC 2

RA

4CL

8R CB

MĐK Đ CK

10R

3CL 7R

1BA BD

1CL

Đ

2CL

Điện cực

II.1 Giới thiệu sơ đồ

Phần mạch lực của hệ thống gồm có :

+ Động cơ một chiều Đ được cung cấp từ máy điện khuyếch đại , cuận kích từ của động cơ được cấp điện áp một chiều thông qua điện trở 9R mắc song song với tiếp điểm thường hở mở chậm của rơle thời gian Rth để giảm từ thông trong trường hợp nâng

+Máy điện khuyếch đại sử dụng 3 cuận đây khống chế trong đó cuận CĐC1 làcuận chủ đạo ở chế độ điều khiển tự động , cuận CĐC2 là cuận chủ đạo ở chế

độ điều khiển bằng tay , cuận CFA là cuận phả hồi âm điện áp , hệ số phản hồi điện áp khác nhau đối với trường hợp hạ và nâng Cực tính của điện áp đặt nên động cơ khi hạ (H) và nâng (N) cho trong sơ đồ

Do R7 mắc song song với 3CL nên ta có hệ só phản hồi khi hạ là H =

, khi nâng N = 0,3

+ ở chế độ điều khiển bằng tay thì điện áp một chiều cấp cho cuận chủ đạo là CĐC2 lấy từ nguồn một chiều

+ ở chế độ điều khiển tự động thì tín hiệu chủ đạo cấp cho cuận CĐC1 là hiệu

số của tín hiệu tỉ lệ theo dòng và áp của hồ quang , phần tín hiệu tỉ lệ theo dòng được tạo nên bởi mạch vòng MBD (BD) , điện trở 1R, MBA và 1BA , bộchỉnh lưu 1CL và bộ phân áp điện trở 5R , mạch tạo ra tín hiệu tỉ lệ với điện áp

hồ quang nhờ điện trở có cấp 2R , bộ chỉnh lưu 2CL và bộ phân áp 4R

Nguyên lý hoạt động

Ở chế độ điều khiển bằng tay

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

+ Giả sử bật công tắc điều khiển ở vị trí nâng thì tiếp điểm 1 & 2 , 3&4 sẽ kín còn các tiếp điểm khác hở , cuận CĐC2 được cung cấp điện áp với giá trị điện áp có thể điều chỉnh bằng 6R và cực tính dương ở phía con trượt của 6R lúc này điện áp phát ra của máy điện khuyếch đại có cực tính làm cho động cơ quay theo chiều nâng điện cực , tốc độ nâng phụ thuộc vào vị trí con trượt trên

6R muốn dừng ta bật công tắc về vị trí dừng tất cả các công tắc của tiếp điểm

hở và động cơ sẽ được hãm

+ Giả sử bật công tắc điều khiển về vị trí hãm (H) 9 & 10 , 11& 12 kín dần đếncuận CĐC2 cũng được cáp điện nhưng cực tính của điện áp trên cuận dây lúc này ngược so với trường hợp để công tắc ở vị trí nâng dẫn đến máy điện

khuyếch đại sẽ phát ra một sức điện động với cực tính ngược lại , động cơ sẽ quay theo chiều hạ điện cực Trong trường hợp hạ điện cực thì do hệ số phản hồi âm điện áp tăng lên tốc độ hạ sẽ nhỏ hơn tốc độ nâng khi cùng một giá trị điện áp đặt nên cuộn CĐC2

Ở chế điều khiển tự động

Bật công tắc điều khiển ở vị trí tự động thì tiếp điểm 5&6 , 7&8 kín đồng thời cắt cầu dao 1 , đống cầu dao 2 thì trên 5R &4R sẽ có các điện áp mộtchiều tỉ lệ với dòng hồ quang và áp hồ quang hiệu số hai điện áp này sẽ đặt nêncuộn CĐC1 và khống chế máy điện khuyếch đại điều khiển quá trình nâng hạ điện cực tự động , ở chế độ khống chế tự động ta xét một số quá trình sau :

Khi làm việc bình thường : Giả sử lò đang làm việc ở phần điện áp lấy trên các phân áp 4R và 5R ký hiệu :

a.Uhq , trên 5R ký hiệu b.Ihq

Trong đó : a,b là các hằng số có thể điều chỉnh được bằng các điện trở

Ta quy ước chiều quay của động cơ khi hạ điện cực là chiều quay dương (chiều quay thuận ) lúc này tương ứng điện áp trên cuộn CĐC1 cũng dương thìchiều quy ước của điện áp trên CĐC1 (Ucd) điện áp chủ đạo như hình vẽ

Ucd =a.Uhq – b.Ihq

Nếu Ucd = 0 thì sức từ động của cuộn chủ đạo CĐC1 = 0 và động cơ không quay Điện cực sẽ không dịch chuyển khoảng cách giữa điện cực và bề mặt kim loại trong trường hợp này bằng khoảng cách đặt và giá trị điện áp hồ quang cũng như dòng điện hồ quang trong trường hợp này cũng được goị là gía trị đặt Uhq0 ,Ihq0

a.Uhq0 = b.Ihq0

a.Uhq0 = b.Ihq0 =>

a

b I

U Z

Thông thường khi làm việc điện cực sẽ mòn dần dẫn đến khoảng cách giữa điện cực và kim loại sẽ tăng dần nên dòng điện hồ quang sẽ giảm và điện

áp hồ quang sẽ tăng

a.Uhq> a.Uhq0 và bIhq > bIhq0 => Ucd dương xuất hiện sức điện động của máy điện khuyếch đại làm cho động cơ quay để hạ điện cực nếu sai lệch càng lớn thì giá trị của điện áp đặt lên cuộn CĐC1 càng lớn thì tốc độ dịch chuyển càng cao ngược lại khi khoảng cách giữa điện cực và kim loại giảm xuống bắng giá trị dặt thì Ucd = 0 và động cơ sẽ ngừng quay nếu điện cực quá gần kim loại thì Ucd sẽ âm động cơ sẽ làm việc thêo chiều nâng điện cực để tự duy trì khoảng cách giữa điện cực và bề mặt kim loại tức là duy trì chiều dài hồ quang

+ Loại trừ nhanh chế độ ngắn mạch dòng điện và tự động mồi lại hồ quang khiđứt hồ quang

Điều chỉnh công suất : Để điều chỉnh công suất thì thay đổi a hoặc b

Zhq0 = b/a (giá trị đặt )

Khi điều chỉnh thô : Điều chỉnh ở 2R nhờ 1R , 2k

Khi điều chỉnh trơn : Điều chỉnh ở 4R &5R

1R dùng để chỉnh định ban đầu không điều chỉnh khi điều chỉnh công suất lò

II.2 Hệ thống điiêù khiển dịch cực lò hồ quang bằng hệ thống thyristor và động cơ

Sơ đồ dùng hệ thống van - Động cơ có độ tác động nhanh có thể bỏ qua quán tính của hệ biến đổi

Bộ điều chỉnh công xuất lò hồ quang bằng thyristor là có truển vọng nhất Nó thoả mãn các yêu cầu đề ra và chỉ thua kém hệ thuỷ lực về sự tác động nhanh

Sơ đồ này có tác động nhanh có thể bỏ qua quán tính của bộ biến

đổi ,tổn thất ít ,giảm tiếng ồn không yêu cầu nền móng phức tạp ,ngọn nhẹ hơn,cải thiện được chất lượng hệ thống ,tổng hợp được nhiều tín hiệu do vậy có thể tự động hoá ở mức cao Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi van động cơ lớn hơn nhiều so với hệ thống dùng máy phát - động cơ

Sức điện động đầu ra của bộ biến đổi có dạng đập mạch vì nó có thành phần sóng hài bậc cao và điều này gây ra tổn thất Hệ thống van bán dẫn chịu quá tảikém hệ số cos thấp là khi điều chỉnh sâu nên gây méo điện áp lưới

Từ các ưu ,nhược điểm của hai phương pháp điều chỉnh được nêu ra ta

đi đến dùng hệ thống van - động cơ để dịch cực lò hồ quang là hợp lý hơn cả

vì hệ thống này đảm bảo cả về kinh tế lẫn kĩ thuật

Sơ đồ cấu chúc một pha (hình vẽ ) Tín hiệu tỉ lệ với dòng Ihq và điện ápUhq của một pha từ các biến dòng TI và biến áp TU tới các bộ chỉnh lưu CL1

và CL2 Sự mất cân bằng giữa các tín hiệu đầu vào sễ được đưa tới khâu vùng không nhạy (KN) Từ đó đến khâu khuyếch đại bán dẫn, tín hiệu sẽ tới khâu điều nguồn khiển NĐK và qua đó sẽ tới khâu xung pha XP1 va XP2 để điều chỉnh góc mổ tiristor cấp điện chio phần ưngs động cơ

Cấp điện cho các khâu là khối nguồn chế độ điện của lò hồ quang tương ứng như chế độ đặt thì khối KĐ không có tín hiệu ra , động cơ Đ không nhạy

và không dịch cực

Nếu chế độ làm việc sai lệch khỏi chế độ đặt(Ihq tăngdo ngắn mạch,Uhqtăng do chưa mồi hay do đứt hồ quang …) mà độ lớn tín hiệu sai lệch vượt quávùng không nhạy của bộ điều chỉnh thì đầu ra khối không nhạy có tín hiệu qua KĐ,NĐK,XP1,XP2.Sẽ điều khiển mở tiristor,cấp điện cho động cơ Đ quay dịch cực

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

Khi Ihq tăng thì động cơ nâng điện cợc lên Ơ vùng thay đổi nhỏ của Ihqthì tốc độ náang tỷ lệ vpí số gia Ihq (đoạn a1 b1) ở vùng thay đổi lớn của Ihqthì tốc độnâng nhảy vọt Chế đổơle đạt được nhờ ổn áp 4VD trong mạch phản hồi âm điện áp

Đặc tính như hình vẽ trêncho khả năng loại trừ nhanh chế độ sai lệch (ngắn mạch,đứt hồ quang ) và trong giai đoạn hoàn nguyên,các sai lệch nhỏ không có tác động hoặc có tác động ở vùng tác động nhỏ do đó loại trừ được hiện tượng quá điều chỉnh.Sau khi sai lệch bị trừ khử,tín hiệu sai lệch nhỏhơn vùng khômg nhạy và dưới tác động của phản hồi sẽ sảy ra hãm điện

II.3 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang ,

Hệ thống tiristor-động cơ một chiều,sơ đồ khối (hình vẽ)

Chức năng của các khối trong sơ đồ

Khối đặt tín hiệu và chỉ thị

có chức năng đặt giá trị làm việc vào vùng kém nhạy của bộ điều khiển

- Khối phản hồi âm dòng âm áp

Lấy tín hiệu phản hồi dòng,phàn hồi áp cửa lò hồ quang

- Khối tổng hợp tín hiệu có chức năng tổng hợp các tín hiệu đặt và tín hiệu làm việc, tạo điện áp điều khiển cho bộ phát xung

- Mạch động lực gồm 2 bộ biến đổi tiristor mắc song song ngược cung cấp năng lượng cho động cơ một chiều Đ

- Khối tạo xung: Dùng phát các xung có đủ độ lớn góc pha thích hợpđể đưa đến các nhóm van chỉnh lưu và nghịch lưu

- Mạch bảo vệ:

Có 2 mạch bảo vệ: mạch bảo vệ mất điện một pha và mạch bảo vệ quá tải Hai mạch này có chức năng bảo vệ tình trạng điện áp nguồn cung cấp cho lò hồ quang và khi động cơ Đ quá tải lớn

Khối không nhậy

Tín hiệu báo đứt

hồ quang

Khuếch đại trung gian

Ngắt dây

Tổng họp tín hiệu phản hồi

Phản hồi điện

áp của động

cơ

Phản hồi dòng điện của động cơ

Tạo xung

Bảo vệ mất pha

BBĐĐộng

cơ

Bảo vệ ngắn mạch

Khối đặt ngưỡng v àn nguyên

đặt dòng l m viàn nguyên ệc Đặt công

suất hồ quang

III.1 Chức năng của các phần tử trên sơ đồ

Aptomat AB dùng để đóng cắt mạch động lực có tác dụng bảo vệ ngắn mạch , quá tải

Biến dòng Ti để biến đổi dòng điện qua sơ đồ chỉnh lưu (động cơ) thànhđiện áp đưa tới mạch bảo vệ để bảo vệ quá dòng điện và cùng với điện áp phảnhồi tốc độ để ổn địnhtốc độ động cơ

Động cơ M là động cơ một chiều tích cực độc lập dùng để nâng hạ điện cực lò hồ quang

CK là cuộn kháng có tác dụng hạn chế sự ảnh hưởng của lưới điện đến

hệ thống

Bộ chỉnh lưu điện áp có đảo chiều gồm 2 bộ chỉnh lơu cầu 3 pha (V1

V6) và (V7 V12) đấu song song ngược có tác dụng biến điện áp xoay chiều 3pha thành điện áp 1 chiềuđiều khiển được và có đảo chiều Do tiristor rất nhạy với điện áp quá lớn so với điện áp định mức dễ gây ra phá hỏng tiristor Để bảo vệ tiristor tránh hiện tượng quá áp thì ta sở dụng mạch nối tiếp R-C mắc song song với các tiristor

III.2 Nguyên lý làm việc

Đối với sơ đồ bộ biến đổi có đảo chiều điều khiển riêng do không có cuộn kháng cân bằng nên tại một thời điểm chỉ có một bộ chỉnh lưu làm việc khi cần đảo chiều dòng tải thì bộ chỉnh lưu làm việc ở giai đoạn trước đã

khoá chắc chắn thì mới đưa xung điều khiển đến bộ chỉnh lưu khác.Vì vậy mà

bộ biến đổi có đặc tính ngoài tương tự như bộ biến đổi không đảo chiều cho nên ta chỉ cần xét một bộ biến đổi không đảo chiều vơi sơ đồ như sau

i

đ

Eđ

RLđ

V5V2

V3

V1

C4C3

C2R1

Trong đó :

V1  V6 là các Tiristor có điều khiển dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha A, B , C thành điện áp một chiều đặt trên phụ tải gồm Rđ , Lđ , Eđ

Uđ, iđ : dòng điện , điện áp trên tải

iV! , iV6 là dòng điện chạy qua các tiristor mạch chỉnh lưu

Nguyên lý làm việc

Ở đây ta xé trường hợp với giả thiết điện cảm phụ tải là vô cùng lớn (Lđ = ) Với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua trình chuyể mạch thì bộ chỉnh luưu cầu ba pha làm việc ở thời điểm bất kỳ trong sơ đồ luôn có hai van dẫn dòng Một van ở nhóm katốt chung , một nhóm ở nhóm anốt chung để xác định điện áp chỉnh lưu tức thời ta có thể dựa vào có phương pháp khác nhau

Ví dụ : dựa vào thứ tự làm việc của các van ta xác định được trong từng

khoảng thời gian 2 van nào của sơ đồ dẫn dòng ta sẽ tìm được Uđ bằng điện áp giữa hai pha mắc với hai van dẫn dòng đó hoặc ta có thể chọn điện thế điểm trung tính là gốc (0 =0) khi đó ta có thể tìm được điện thế hai điểm katốt và anốt trên sơ đồ

Nguyên lý làm việc của sơ đồ

Giả thiết tại thời điểm t =0 t= t1 thì hai van V4 , V5 cùng dần dòng với điện áp và dòng điện trên tải và trên các van

Uđ = UC – UA = UCA

iV1 = 0; iV2 = 0 ; iV3 = 0 ; iV4 = iV5 = iđ ; iV6 = 0 ;

UV1 = UAC ; UV2 = UAC ; UV3 = UBC ;

UV4 = 0 ; UV5 = 0 ; UV6 = UAB ;

Tại thời điểm t = t1 , V6 được cấp xung điều khiển lúc đó V6 đang đượcđặt điện áp thuận do vậy V6 mở nên điện áp trên nó giảm về bằng không và tại

t = t1 thì UV4 = UAB < 0 tức V4 bị đặt điện áp ngược và khoá lại tại thời điểm này (t = t1 ) trong sơ đồ chỉ có hai van V5 & V6 dẫn dòng

khi hai van V5 & V6 làm việc thì

Ud = UC – UB = UCB

iV1 =iV2 = iV3 =iV4 = 0 ; iV5 = id = Id ;iV6 = id = Id

UV1 = UAC ; UV2 = UBC ; UV3 = UBC ;

UV4 = UBA ; UV5 = 0 ;UV6 = 0

Đến t = t’1 thì UC = 0 và bắt đầu chuyển sang chu kỳ âm đồng thời V1

đang đặt điện áp thuận nhưng chư có xung điều khiển đưa đến nên chưa mở vìvậy mà V5 vẫn tiếp tục dẫn dòng bở sức điện động tự cảm sinh ra trong Ld do dòng tải có xu hường giảm

Tại thời điểm t = t2 V1 được cấp xung điều khiển lúc đó V1 đang được đặt điện áp thuận do vậy V1 mở nên điện áp trên nó giảm về bằng không và tại

t = t2 thì UV5 = UAC < 0 tức V1 bị đặt điện áp ngược và khoá lại từ thời điểm này (t = t1) trong sơ đồ chỉ có hai van V1 và V1 làm việc thì

Tại thời điểm t = t3 , V2 được cấp xung điều khiển lúc đó V2 đang đượcđặt điện áp thuận do vậy V2 mở nên điện áp trên nó giảm về bằng không và tại

thời điểm t = t3 thì UV6 = UCA < 0 tức V6 bị đặt điện áp ngược và khoá lại từng thời điểm này ( t =t3) trong sơ đồ chỉ có hai van V1 và V2 dẫn dòng.

Khi hai van V1 và V2 dẫn dòng thì :

Ud = UA – UC = UAC

iV3 =iV4 = iV5 =iV6 = 0 ; iV1 = id = Id ; iV2 = id = Id

UV1 = UV2 = 0 ; UV3 = UBA ; UV4 = UV5 = UCA ;

UV6 = UCB

Đến t = t3’ thì UA = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm đồng thời

V1 đang được đặt điện áp thuận nhưng chưa có xung điều khiển đưa đến nên chưa mở vì vậy mà V1 vẫn tiếp tục dẫn dòng bởi

sức điện động tự cảm sinh ra trong Ld do dòng tải có xu hướng giảm

Tại thời điểm t =t4 , V3 được cấp xung điều khiển lúc đó V3 đang đượccấp điện áp thuận do vậy V3 mở nên điện áp trên nó giảm về bằng không và tại t = t4 thì UV1 =UAB < 0 , tức bị đặt điện áp ngược và khoá lại từ thời điểm này (t = t4) trong sơ đồ chỉ có 2 van V2 và V3 dẫn dòng

Khi van V2 và V3 làm việc thì ;

Tại thời điểm t = t5 ,V4 được cấp xung điều khiển lúc đó V4 đang được đặt điện áp thuận do vậy mà V4 mở do đó điện áp trên nó giảm về bằng không, và tại t = t5 thì UV2 = UAC < 0 tức V2 bị đặt điện áp ngược nên bị

khoá lại từ thời điểm này (t = t5) trong só đồ chỉ có hai van V3 và V4 dẫn dòng.

Khi hai van V3 và V4 làm việc thì :

Ud = UB – UA = UBA

iV1 =iV2 = iV5 =iV6 = 0 ; iV3 = iV4 = id = Id

UV1 = UV2 = UAC ; UV3 = UV4 = 0 ; UV5 = UCB ;

UV6 = UAB

Đến t = t5’ thì UB = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm đồng thời

V5 được đặt điện áp thuận nhưng chưa có xung điều khiển nên chưa mở vì vậy

mà V3 vẫn tiếp tục dẫn dòng bởi sức điện động tự cảm sinh ra trong Ld do dòng tải có xu hướng giảm

Tại thời điểm (t = t6 ) ,V5 được cấp xung điều khiển lúc đó V5 đang được đặt điện áp thuận do vậy V5 mở nên điện áp trên nó giảm về bằng 0 và tại(t = t6) thì UV3 =UBC < 0 tức V3 bị đặt điện áp ngược và khoá lại từ thời điểm này (t = t6 ) trong sơ đồ chỉ có hai van V4 và V5 dẫn dòng

Biểu thức tính toán của bộ biến đổi

Điện áp chỉnh lưu trung bình:

U VthMax  ngMax  6

IV Mạch điều khiển pha xung

IV.1 Phân tích chọn luật điều khiển theo phương pháp phối hợp tuyến tính.

a - BBĐ đảo chiều theo phương pháp tuyến tính

Đây là một trong các phương pháp điều khiển bộ biến đổi có đảo chiều khi thưch hiện phương pháp này người ta thực hiện truyền tín hiệu đến cả sơ

đồ chỉnh lưu với quan hệ giữa góc điều khiển của cả hai sơ đồ :

Ta thấy rằng, điện áp cân bằng phụ thuộc rất nhiều vào giá trị góc điều khiển của các sơ đồ chỉnh lưu Khi góc điều khiển của một sơ đồ thay đổi trong khoảng từ 0  600 thì điện áp cân bằng đập mạch 3 lần trong một chu

kỳ nguồn, còn khi góc điều khiển của một sơ đồ nằm trong vùng từ 600  900 thì điện áp cân bằng đập mạch 6 làn trong một chu kỳ nguồn xoay chiều, biểu thức điện áp cân bằng

Ucb1 = - Umd.Sin t

Khi 600  1 00 thì Ucb1 = - Umd sint

Khi 900  1 600 thì Ucb1 = - Umd t

Người ta có thể xác địmh được giá trị trung bình của dòng cân bằng khi biết góc điều khiển và điện cảm cuả mỗi cuận kháng cân bằng LCB Đồ thị biểu diễn giá trị tương đối của thành phần trung bình dòng cuộn kháng cân bằng so với giá trị cực đại của nó trên hình a và hình b

Hình a Đường cong biểu diễn mối quan hệ Ud = f() khi giả thiết dòng tải là

2 = 1800 - 1 >900 => làm việc trong chế độ nghịch lưu

Khi sử dụng phương pháp điều khiển phội hợp tuyến tính làm xuất hiện dòng cân bằng làm ta phải tăng kích thước BBĐ (do có cuộn kháng cân

bằng ) , tăng công suất của máy biến áp để bù tổn hao do dòng cân bằng Tuy vậy phương pháp điều khiển này hay được sử dụng vì nó có độ tác động nhanhrất cao , qua hệ giữa gó điều khiển và điện áp chỉnh lưu trung bình là đơn trị

b BBĐ có đảo chiều điều khiển riêng

Phương pháp điều khiển này là ta cho các bộ chỉnh lưu thuận và ngược làm việc riêng rẽ : Khi cần có dòng qua tải theo chiều thuận ta cho bộ chỉnh lưu thuận vàm việc bằng cách truyền tí hiệu điều khiển đến các van của nó còn

bộ chỉnh lưu ngược thì không được cấp xung điều khiển và không làm việc Khi cần dòng qua tải theo chiều ngược thì ta lại cấp xung điều khiển cho bộ chỉnh lưu ngược để nó làm việc và cắt xung bộ chỉnh lưu thuận để nó không làm việc Như vậy khi bộ biến đổi đảo chiều làm việc chỉ có một trong hai sơ

đồ chỉnh lưu được cấp tín hiệu điều khiển và làm việc còn sơ đồ kia nghỉ hoàn toàn nên không có dòng cân bằng qua hai bộ chỉnh lưu Đây là ưu điểm cơ bản nhất của phương pháp điều khiển này Nó cho phép ta không phải dùng các cuộn kháng cân bằng Nhưng cũng do để không xuất hiện dòng cân bằng

mà ta phải đảm bảo điều kiện là bộ chỉnh lưu làm việc ở giai đoạn trước đã khoá một cách chắc chắn mới được phép truyền xung điều khiển đến bộ chỉnh lưu khác khi cần đảo chiều dòng tải

Điều này xuất hiện khoảng ngừng dòng khi đảo chiều khi đảo chiều mà thời gian ngừng ngắn nhất cũng phải vài ms , nó hạn chế độ tác động nhanh của BBĐ

Các bộ biến đổi đảo chiều điều khiển riêng có thể được sử dụng tốt trong các trường hợp có bộ điều chỉnh đặc biệt nó ddiều chỉnh được sự thay đổi các tham số của bộ biến đổi và ứng dụng các thiết bị chuyển mạch nhanh

và chính xác để giảm thời gian ngừng dòng khi đảo chiều

Hiện nay người ta sử dụng các thiết bị chuyển mạch bằng các dụng cụ lôgic bán dẫn và vi điện tử có độ chính xác cao kết hợp với cac sthiết bị đo lường với độ nhậy cao nên thời gian ngừng dòng khi đảo chiều được giảm đến mức nhỏ nhất

IV.2 Mạch điều khiển pha xung

Như ta đã biết để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở được tại các thời điểm mong muốn thì ngoài tại điều kiện taị thời điểm đó trên van phải chịu điện áp thuận thì cần phải đưa xung điều khiển đến cực điều khiển của các van tại thời điểm đó Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện theo đúng yêu cầu mở van ta sử dụng mạch điện tạo hệ thống tín hiệu ấy Mạch tạo ra tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển hay hệ thống điều khiển các thiết bị chỉnh lưu

Các xung điều khiển tiristor phải đáp ứng được yêu cầu cần thiết như : công suất , biên độ , thời gian tồn tại

Do đặc điểm của tiristor khi đã mở thì việc có tín hiệu điều khiển nữa hay không thì không ảnh hưởng dòng qua van Vậy để điều khiển góc pha của xung điều khiển nên ta gọi là mạch điều khiển pha - xung Ngày nay hệ thống điều khiển pha xung được ứng dụng rất rộng rãi trong các hệ thống trang bị điện Chúng có ưu điểm là : sự tác động nhanh , độ tin cậy cao , tiêu thụ ít năng lượng , khối lượng và kích thước nhỏ

Sơ đồ mạch điều khiển pha - xung cầu một pha

(3)SS

Uđk

Khối 4 Khối sử xung và phân chia xung

Khối 5 và 6 Khối khuếch đại xung

UA : điên áp nguần xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu lấy qua biến áp đồng bộ

Uđbộ : điên áp có dạng xung lấy từ khối đồng bộ hoá

Urc : Là điên áp có dạng xung răng cưa từ đầu của khối phát sóng răng cưa Uđk : Là điên áp điều khiển đây là điên áp một chiều được dưa đến để xác định (góc mở )

Ukc : điên áp khống chế , được lấy từ mạch tạo luật điều khiển

UT1, UT2 : điên áp điều khiển tiristor là chuỗi các xung điều khiển lấy từ khốikhuếch đại xung được truyền đến cực điều khiển của tiristor

III.2.1 Khối đồng bộ hoá

N1

N1

Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu điên áp vào hình sin qua khối này biến đổi điên áp ra có dạng xung vuông

Uđbộ : dãy xung vuông có tần số gấp độ tần số điên áp lưới

Uđb1 ,Uđb2 : Dãy xung vuông có tần số bằng tần số lưới điện chúng lệch nhau

1800 diện

+ Chức năng các phần tử trên sơ đồ

BA : biến áp đồng bộ , dùng cung cấp điên áp đồng bộ với điên áp đặt lên tiristor

R1 ,C : mạch dịch pha điên áp đi 300 nhằm tăng dải điều chỉnh của mạch điều khiển (0  1800)

R2 : Dùng để hạn chế điên áp đặt vào cực gốc của T1 và T3

R3 , R4 , R5 , R6 : Dùng hạn chế dòng cực gốc của T1 ,T2 ,T3 ,T4

N1 , N2 : là các phần tử lôgic và đảo chiều (NAND)

Uđbộ