Luận Văn: "Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang"
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.
Luận Văn: "Thiết kế hệ
thống điều khiển động cơ
nâng hạ điện cực lò hồ
quang"
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền công nghiệp hiện nay ngành cơ khí luyện kim đóng một vai
trò rất quan trọ ng, 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 muố n.
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 b ố nhiệt hay nhiệt đọ
trong nồi lò.
Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện b ằng cách thay đổi
điện áp ra của biến áp lò hoặc bằng sự d ịch 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 q uang”
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 d ẫn : Nguyễn Ngọ c Kiên và
các thầy giáo trong bộ môn đã giúp đỡ nhiệt tình , cộ ng với sự nỗ lực của bản
1
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
thân em đã hoàn thành đ ề 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 d ẫn 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 Đ ại Khoa
2
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
PHẦN I
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
VỀ LÒ HỒ QUANG
3
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
Chương I
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ LÒ HỒ QUANG
I. Khái niệm chung.
I.1 Khái niệm.
Lò hồ quang là lò lợi d ụng nhiệt của ngọ n lửa hồ q uang 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 loạ i .
Theo dòng điện lò hồ quang chia thành hai loại .
+) Lò hồ quang mộ t 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 x ẩy ra giữa hai
điện 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 lo ại .
Theo đặc điểm chất liệu vào lò , lò hồ quang được phân thành :
+) Lò chất liệu bên sườn b ằng phương pháp thủ công hay máy
móc qua cửa lò
+) Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gần chất liệu .
I.3 K ết cấu chung .
Với mọi lò hồ quang bất kỳ , đ ều có các bộ p hận chính :
+) Mồ i lò có lớp vỏ cách nhiệt và có cửa lò và miệng rót +) Vàn
nóc lò có vỏ cách nhiệt
+) Cơ cấu giữ và dịnh chuyển điện cực truyền động bằng thanh
răng , cáp điện hay bơm thuỷ lực .
4
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
+) Cơ cấu nghiên lò truyền động bằng hệ thống điện hay hệ thống
thuỷ lực .
+) Phần dẫn điện tử BA đ ến 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 nồ i 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 đảm
bảo 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 qua
các 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 lo ại lấu .
Thiết b ị khuấy trộn kim loại lỏ ng thường là các thiết b ị điện tử có
nguyên lý làm việc tương tự đo ọng 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 đổ i 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 m ẻ .
công suất đ ịnh 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 q uang cò đưa ra :
Lò có công suất bình thường , cao và rất cao .
5
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
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 .
Pmn = I2mn .rmn ;
Nó có thể đạt tới 70% tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò hồ quang . Do
vậy yêu cầu cơ bản của mạch ngắn lò phải ngắn nhất .Trong điều điện có thể
để giảm bớt tổn hao , đồ ng thời được phép từ các tầm đồng lá thành các thanh
mềm để có thể cuấn dẻo lên xuống theo các điện cực . Ngoài ra mạch ngắn cò
phải đảm bảo sự cân bằng rmn và xmn giữa các pha đã có các thông số đ iện
(công suất, điện áp, dòng ) như nhau của các hồ quang . Khi ba pha ngắn mạch
phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữ hai pha bất kỳ sẽ bằng nhau và s.đ.đ hỗ cảm
bằng không . Trường hợp nếu kho ảmg cách giữa các pha không như nhau hỗ
cảm giữa các pha sẽ khác nhau .Trong mộ t pha nào đó sẽ xuất hiện s.đ.đ phụ
ngược chiều dòng điện trong pha đó và tạo ra một xụt áp phụ trên điện trở
thuần pha đó . Kết quả pha này như thể tăng điện trở tác dụng gây ra một tổ n
hao công suất và công suất hồ quang củ pha này sẽ giảm so với các pha khác .
Đồng thời ở một pha khác s.đ.đ phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha ,
điện trở tác dụng như bị giảm và công suất hồ quang pha này sẽ tăng lên , hiện
tượng trên gây ra sự mất đối xứng về điện áp giữa các hồ quang , sự phân bố
công suất không đồng đều giữa các pha , giảm hiệu suất lò và với lò công suất
càng lớn thì sự mất đối x ứng điện từ ở mạch ngắn càng lón .
Chống lại hiện tượng trên bằng cách phân bố đối x ứng b ề 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 . V ới các lò dung lượng lớn mạch ngắn được
nối tan giác ở các điện cực .
6
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
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 đ âú đ ầu và đ ấu 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 b a pha nhờ thêm cầu phụ :
Mang dây đấu cuố i 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 đố i 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 đo ạn với các đ ặc điểm
công nghệ sau :
III.1 Giai đọan nung nóng vật liệu và nấu chẩy kim lo ại .
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 q uang 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 nổ i bật cần lưu ý khi tính
toán 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 .
7
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
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
23S .=> giai đoạn nấu chẩy là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn định nhất
công suất nhiệt của hồ q uang dao độ ng 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 đo ạn này cong suất
nhiệt yêu cầu về cơ bản là đ ể bù lại các tổn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60%
công suất nhiệt của giai đoạn mộ t hồ q uang 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 lo ại 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 .
P (WM)
Tu sửa vệ sinh
Nấu chẩy
ôxy hoá
O Hoàn nguyên +(h)
1- 2 đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò hồ quang 100 T
8
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
IV - Yêu cầu về trang bị điện cho lò hồ quang .
Các lò hồ q uang 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 b ằng cách thay đổi
điện áp ra của BAL hoặc bằng sự d ịch chuyển điện cực đẫ thay đổi chiều dài
của ngọ n lửa hồ q uang 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 )
U hq
Z hq
I hq
Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đổi (Ihq =const) sẽ không
mồi hồ quang tự động được .Ngoài ra khi dòng điện trong một pha nào đó thay
đổi sẽ kéo theo dòng điện trong hai pha còn lại
Ví dụ : khi hồ q uang trong một pha b ị đứt thì lò hồ quang làm việc như phụ tải
một pha với 2 pha còn lại nố i tiếp vào điện áp dây . Lúc đó các bộ đ iều 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 .
9
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
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 dòng
tải 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 :
U hq
Z hq const
I hq
Thông qua hiệu số tín hiệu dòng và áp
a.Ihq -b.Uhq = b.Ihq.(Z0 -Zhq) *
Trong đó a,b : hệ só phụ thuộc hệ số các biến áp đo lường (biến dòng ,biến
điện áp ) và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổ i bằng tay khi chỉnh định ).
Z0hq , Zhq : Giá trị đặt và giá trị thực của tổng trở hồ quang
Từ (*)
a.I hq b.U hq
Z 0 hq Z hq Z hq
b.I hq
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 thuộ c chiều dài
ngọn lửa hồ quang . Như vậy điều chỉnh d ịch 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 đ iện hồ
quang không tụt quá (4 5)% trị số dòng điện làm việc .Vùng không nhạy của
10
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
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 q uang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần
trong giai đoạn nấu chẩy . Bảo đảm yêu cầu này nhờ tố c độ dịch chuyển
nhanh 2,5 3m/phút . Trong giai đoạn nấu chảy dòng đ iện hồ quang càng lệch
xa trị số đặt thì tốc độ d ịch cưc càng phải nhanh .
Thời gian chỉnh ngắn .
Hạn ché tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bị
phá vỡ trong thời gian rất ngắn , hay trong chế độ thay đổi tính đối x ứng . Yêu
cầu này cũng cần đối với lò 3 pha không có dây trung tính chế độ hồ quang
của một pha nào đó b ị 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 đ iều chỉnh độc lập để sự làm việc của các pha khác
Thay đổi công suất lò b ằng phẳng trong giới hạn 20 125% trị số định
mức với sai số không quá 5% .
Có thể chuyển đổi nhanh từ ché đ ộ điều khiển tự động sang chế độ đ iều
khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ bất kỳ . (nâng điện cực trước khi
chất liệu vào lò ) và ngược lại , chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự độ ng .
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 độ ng bằng điện-cơ ho ặc thủy
lực.Trong cơ cấu điện-cơ ,động cơ được dùng phổ b iến là độ ng cơ một chiều
11
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
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.
+ Mồi lò.
+ Hoàn nguyên.
+Thông số của ngọn lửa hồ quang
Chế độ bảo vệ .
Phía sơ cấp BAL có đặt role dòng đ iện cực đại để tác đọng nên cuận
ngắt Rơle này có duy trì thời gian , thời gian duy trì này giảm khi bội số quá
tải dòng tăng .
Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đ o 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 đ ể hạn chế dòng ngắn mạch
+ có độ bền cơ học cao đ ể 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 tố t vì dòng lớn , hay có ngắn mạch , biến áp đặt ở
lơi 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 b ắt đầu làm việc độ nhậy của các khí cụ rất nhanh không cho
12
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
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 khỏ i kim loại làm xuất hiện hồ
quang ở giai đoạn đầu khi dòng điện lớn thì rơle dòng đ iện tác động làm ngắt
mạch điện trở . Khi khoảng cách giữa điện cực tăng d ần thì .Uhq Ihq
PHẦN II
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
13
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
Chương I
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I - Sơ đồ khống chế một pha dịch cực lò hồ quang
Phq
2
Ihq
4
Uhq
5
Động cơ nâng hạ
Sơ đồ trức năng hệ điều chỉnh công xuất lò hồ quang
Hệ gần đối tượng điều chỉnh (lò hồ quang ) và bộ điều chỉnh vi sai .Bộ
điều chỉnh gồm có phần tử cảm biến dòng 1 và áp 1’ phần tử so sánh 3 bộ
khuyếch đại 4 , cơ cấu chấp hành 5 và thiết b ị đặt 2 . Trên phần tử so sánh có
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 .
14
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
Để hoàn thiện đặc tính độ ng của hệ nâng cao chất lượng điều chỉnh
thường sơ đồ còn có các phản hôì về tốc độ dịch cực , tố c 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 đ ại từ
trường ngang .
15
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
II. Chọn phương án truyền động
Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuyếch đ ại từ trường
ngang
CB 8R
7R
3CL
BD 1BA 4CL
1CL
CK
CD
MĐK
Đ
Đ
RA
10R
CKĐ
9R
Y
56
RA
RD 3R
CĐC
78 1
12
1K
9 10 CĐC
2
2R
11 12
2K 2CL
34
Điện cực
Cơ cấu tuyền động điện cực
16
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
II.1 Giới thiệu sơ đồ .
Phần mạch lực của hệ thố ng 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 d ụng 3 cuận đây khống chế trong đó cuận CĐC1 là
cuận chủ đạo ở chế độ đ iều khiển tự độ ng , cuận CĐC2 là cuận chủ đ ạo ở chế
độ điều khiển bằng tay , cuận CFA là cuận phả hồ i âm điện áp , hệ số phản hồi
điện áp khác nhau đ ối 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 b ằng 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 m ạch vòng MBD (BD) , điện trở 1R, MBA và 1BA , bộ
chỉnh 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 độ ng .
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 độ ng cơ
quay theo chiều nâng điện cực , tố c độ nâng phụ thuộc vào vị trí con trượt trên
17
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
6R .muố n 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 đến
cuận 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 d ẫn đ ến máy điện
khuyếch đại sẽ phát ra một sức điện động với cực tính ngược lại , độ ng cơ sẽ
quay theo chiều hạ đ iện 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 độ ng .
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 mộ t
chiều tỉ lệ với dòng hồ quang và áp hồ quang hiệu số hai điện áp này sẽ đặt nên
cuộ n CĐC1 và khố ng chế máy điện khuyếch đại điều khiển quá trình nâng hạ
điện cực tự độ ng , ở chế độ khống chế tự động ta xét mộ t 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 thì
chiều 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 độ ng cơ không
quay . Điện cực sẽ không dịch chuyển khoảng cách giữa điện cực và bề mặt
kim lo ại trong trường hợp này bằng kho ảng cách đặt và giá trị điện áp hồ
quang cũng như dòng đ iện hồ quang trong trường hợp này cũng đ ược goị là
gía trị đặt Uhq0 ,Ihq0
18
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp S V: TrÇn §¹i Khoa
a.Uhq0 = b.Ihq0
a.Uhq0 = b.Ihq0 =>
U hq 0 b
Z hq 0
I ng 0 a
Thông thường khi làm việc điện cực sẽ mòn dần dẫn đến khoảng cách
giữa điện cực và kim loại sẽ tăng d ần 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 đ ể hạ điện cực . nếu sai
lệch càng lớn thì giá trị của điện áp đặt lên cuộn CĐC1 càng lớn thì tố c độ
dịch chuyển càng cao . ngược lại khi khoảng cách giữa điện cực và kim loại
giảm xuống bắng giá trị d ặt thì Ucd = 0 và động cơ sẽ ngừng quay nếu điện
cực quá gần kim loại thì Ucd sẽ âm độ ng 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 độ ng mồi lại hồ quang khi
đứt hồ quang .
Điều chỉnh công suất : Để đ iều chỉnh công suất thì thay đổ i 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 H ệ 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 q ua
quán tính của hệ biến đổi .
19
Trêng §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp
