Giáo trình Trang bị điện 2 (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: TRANG BỊ ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo định số: QĐ ngày tháng năm 20 ) Ninh Bình, Năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Nền công nghiệp nƣớc ta áp dụng nhiều loại máy móc, thiết bị đại Do địi hỏi q trình đào tạo cần có giáo trình nhằm để trang bị cho học sinh sinh viên kiến thức kỹ thực tế nhằm bắt kịp với năm tới “Trang bị điện 2” đƣợc biên soạn dùng để làm giáo trình giảng dạy cho sinh viên Cao đẳng nghề điện cơng nghiệp Giáo trình biên soạn với mục tiêu nhằm cung cấp kiến thức trang bị điện – điện tử, phân tích q trình cơng nghệ, phân tích sơ đồ ngun lý điển hình loại máy lĩnh vực khác Do thời gian kinh nghiệm biên soạn giáo trình hạn chế, mặt khác nguồn tài liệu kĩ thuật chƣa nhiều nên trình biên soạn giáo trình có nhiều khó khăn, khó tránh đƣợc thiếu sai sót Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp để giáo trình đƣợc hồn thiện Xin chân thành cảm ơn Ninh Bình, ngày… tháng… năm 2019 Biên soạn Trần Đức Thiện MỤC LỤC GIÁO TRÌNH LỜI GIỚI THIỆU MÔN HỌC: TRANG BỊ ĐIỆN CHƢƠNG I TRANG BỊ ĐIỆN MÁY BƠM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LOẠI BƠM NƢỚC 1.1 Bơm pittông tác dụng đơn: 10 1.1.1 Cấu tạo: 11 1.1 Nguyên lý hoạt động: 11 1.2 Bơm pittông tác dụng kép: 12 2.1 Cấu tạo: 12 2.2 Nguyên lý làm việc: 12 2.3 Cơng thức tính lưu lượng: 13 1.3 Bơm pittong quay: 14 1.3.1 Cấu tạo: 14 1.3.2 Nguyên lý hoạt động: 15 1.3.4 Cơng thức tính lưu lượng: 15 * Ưu, nhược điểm ứng dụng bơm pittong: 16 1.4 Bơm hƣớng trục: 16 1.4.1 Cấu tạo: 16 1.4.2 Nguyên lý làm việc: 17 * Ưu, nhược điểm, ứng dụng bơm hướng trục: 18 1.5 Bơm bánh răng: 18 1.5.1 Cấu tạo: 19 1.5.2 Nguyên lý hoạt động: 20 Tính lưu lượng: 20 * Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng: 21 1.6 Bơm rô to cánh gạt: 21 1.6.1 Cấu tạo: 22 1.6.2 Nguyên lý làm việc: 22 Cơng thức tính lưu lượng: 23 * Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng bơm roto cánh gạt: 24 1.7 Bơm trục vít 24 1.7.1 Cấu tạo: 24 1.7.2 Nguyên lý hoạt động: 25 Cơng thức tính lưu lượng: 25 * Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng bơm trục vít 25 1.8 Bơm vòng nƣớc: 25 1.8.1 Cấu tạo: 26 1.8.2 Nguyên lý hoạt động: 26 Cơng thức tính lưu lượng: 26 1.9 Bơm ly tâm: 27 1.9.1 Cấu tạo: 27 1.9.2 Nguyên lý hoạt động: 27 1.9.3 Vận hành, tháo lắp bơm ly tâm: 29 - QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 29 MỘT SỐ SƠ ĐỒ KHỐNG CHẾ MÁY BƠM NƢỚC ĐIỂN HÌNH 35 2.1 Sơ đồ khống chế bơm nƣớc pha dùng rơ le phao 35 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 35 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 36 2.2 Sơ đồ khống chế máy bơm nƣớc ba pha dùng rơ le phao 36 Sơ đồ khống chế máy bơm nƣớc ba pha có bể chứa dùng rơ le điện cực 38 Sơ đồ khống chế máy bơm nƣớc ba pha có cơng suất lớn 40 CHƢƠNG II TRANG BỊ ĐIỆN QUẠT GIÓ 42 CẤU TAO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LOẠI QUẠT GIÓ 43 1.1 Phân loại 43 1.1 Theo nguyên lý làm việc có loại: 43 1.1 Theo áp suất: 43 1.1 Theo tốc độ chạy quạt 43 1.2 Đặc tính quạt 43 1.2 Quạt ly tâm: 43 1.2 Quạt hướng trục: 44 MỘT SỐ SƠ ĐỒ KHỐNG CHẾ QUẠT GIĨ ĐIỂN HÌNH 45 2.1 Yêu cầu trang bị điện cho quạt 45 2.2 Sơ đồ khồng chế quạt gió điển hình 47 CHƢƠNG III TRANG BỊ ĐIỆN MÁY NÉN KHÍ 48 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LOẠI 49 1 Máy nén kiểu pittơng (Hình a) 49 Máy nén khí kiểu rơto (Hình b) 50 Máy nén kiểu tua bin (Hình c) 50 Điều chỉnh suất áp suất máy nén khí 51 SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ MÁY NÉN KHÍ ĐIỂN HÌNH 52 Mở máy nén khí (chế độ tay) 53 2 Cắt máy nén khí (ở chế độ tay) 53 Chế độ tự động 53 Sấy dầu hệ thống bôi trơn máy nén khí 54 Mạch bảo vệ 55 CHƢƠNG IV TRANG BỊ ĐIỆN LÕ ĐIỆN 55 Giới thiệu: 56 Mục tiêu: 56 Nội dung chính: 56 LÕ ĐIỆN TRỞ 56 1.1 Khái niệm chung phân loại 56 1.1.1 Khái niệm chung 56 1.1.2 Phân loại lò điện trở 56 1.2 Yêu cầu với vật liệu làm dây đốt 57 1.3 Vật liệu làm dây điện trở 58 1.3.1 Dây điện trở hợp kim 58 1.3.2 Dây điện trở kim loại 58 1.3.3 Điện trở nung nóng vật liệu kim loại 58 1.4 Tính tốn kích thƣớc dây điện trở 58 1.5 Các loại lò điện trở thông dụng 60 1.5.1 Lị nung nóng theo chu kỳ 60 1.5.2 Lò nung nóng liên tục bao gồm: 60 1.6 Khống chế ổn định nhiệt độ lò điện trở 61 1.7 Một số sơ đồ khống chế nhiệt độ lị điện trở điển hình 62 1.7.1 Sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở điều áp xoay chiều dùng triac 62 1.7.2 Sơ đồ khống chế ổn định nhiệt độ lò điện trở điều áp xoay chiều ba pha dùng Thyristor 63 LÒ HỒ QUANG 67 2.1 Khái niệm chung 67 2.2 Sơ đồ cung cấp điện lò hồ quang 68 2.3 Điều chỉnh công suất lò hồ quang 69 2.4 Một số sơ đồ khống chế dịch cực lò hồ quang 70 2.4.1 Sơ đồ chức pha khống chế dịch cực hồ quang 70 2.4.2 Sơ đồ pha khống chế dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuếch đại - động 71 2.5 Lò hồ quang chân không 72 2.6 Lò hồ quang Plasma 73 LÒ CẢM ỨNG 73 3.1 Khái niệm chung 73 3.2 Một số sơ đồ khống chế lò cảm ứng 74 3.2.1 Lị cảm ứng tần số cơng nghiệp 75 3.2.2 Lò cảm ứng trung tần dùng máy phát điện cao tần 75 3.2.3 Lò cảm ứng trung tần dùng biến tần 76 MÔN HỌC: TRANG BỊ ĐIỆN Mã môn học: MH 24 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị môn học: - Học sau môn học, mô đun kỹ thuật sở học sau mô đun máy điện, truyền động điện, trang bị điện - Là môn học chuyên môn nghề - Môn học trang bị cho ngƣời học nghề kiến thức kỹ cần thiết để nắm bắt làm chủ máy móc đại sử dụng lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp việc vận hành, bảo trì, bảo dƣỡng sửa chữa Mục tiêu môn học: * kiến thức: - Trình bày đƣợc cấu tạo, phân tích đƣợc nguyên lý, cách thực hiện, phạm vi ứng dụng máy sản suất (máy bơm, quạt gió, máy nén .) - Phân tích đƣợc qui trình làm việc yêu cầu trang bị điện cho máy sản suất (máy bơm, lò điện, máy in, máy dệt ) - Đọc, vẽ phân tích đƣợc sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle công tắc tơ dùng khống chế động pha, động chiều - Tính, chọn đƣợc cơng suất động điện dùng trang bị cho máy sản xuất * Về kỹ năng: - Biết cách lắp đặt, sửa chữa mạch mở máy, dừng máy cho máy: Bơm nƣớc, quạt gió, máy nén * Về thái độ: - R n luyện tính c n thận, tỉ mỉ, xác, tƣ khoa học sáng tạo Nội dung môn học: Số TT Tên chƣơng, mục Chƣơng Trang bị điện máy bơm Cấu tạo, nguyên lý hoạt động số loại bơm nƣớc Một số sơ đồ khồng chế bơm nƣớc điển hình Chƣơng Trang bị điện quạt gió Cấu tạo, nguyên lý hoạt động số loại quạt gió Một số sơ đồ khồng chế quạt gió điển hình Chƣơng Trang bị điện máy nén khí Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Thời gian (giờ) Thực hành, Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm số thuyết thảo luận, tra tập 18 13 12 12 Số TT Tên chƣơng, mục số loại máy nén khí Một số sơ đồ khồng chế máy nén khí điển hình Chƣơng 4: Trang bị điện lị điện Lò điện trở Lò hồ quang Lò cảm ứng Cộng: Thời gian (giờ) Thực hành, Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm số thuyết thảo luận, tra tập 18 13 60 43 11 CHƢƠNG I TRANG BỊ ĐIỆN MÁY BƠM Mã chƣơng : MH24.01 Giới thiệu: Máy bơm thiết bị đƣợc sử dụng phổ biến lĩnh vực sản xuất sinh hoạt, đặc biệt ngành công nghiệp nông nghiệp Trong phần giới thiệu hệ điều khiển điển hình nhƣ giới thiệu loại máy bơm phổ biến thực tế để làm sở cho ngƣời học tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu Mục tiêu: * Về kiến thức: Phân tích đƣợc cấu tạo, nguyên lý làm việc yêu cầu trang bị điện cho loại máy bơm điện - Trình bày đƣợc phần tử số hệ thống bơm điển hình - Trình bày đƣợc trang bị điện, thiết bị bảo vệ hệ truyền động trạm bơm * Về kỹ năng: - Thiết kế đƣợc mạch điện số cấu đơn giản - Biết cách vận hành mạch điện theo nguyên tắc, theo qui trình định, từ vạch kế hoạch bảo trì hợp lý * Về lực tự chủ trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm Nội dung chính: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LOẠI BƠM NƢỚC * Đặc điểm truyền động máy bơm Bơm máy thuỷ lực dùng để hút đ y chất lỏng từ nơi đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển đƣờng ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng đầu đƣờng ống để thắng trở lực đƣờng ống thắng hiệu áp suất hai đầu Thƣờng sử dụng động điện để làm nguồn lƣợng cấp cho bơm Theo nguyên lý làm việc hay cách cấp lƣợng cho bơm có: + Bơm thể tích: làm việc, không gian làm việc thay đổi nhờ chuyển động tịnh tiến pittông (bơm pittông) hay nhờ chuyển động quay rotor (bơm rotor) Kết áp suất chất lỏng tăng lên nghĩa bơm cung cấp áp cho chất lỏng + Bơm động học: chất lỏng đƣợc cung cấp động từ bơm áp suất tăng lên Chất lỏng qua bơm, thu đƣợc động lƣợng nhờ va đập cánh quạt (bơm ly tâm, bơm hƣớng trục) nhờ ma sát tác nhân làm việc (bơm xoáy lốc, bơm tia; bơm chấn động, bơm vít xoắn, bơm sục khí) nhờ tác dụng trƣờng điện từ (bơm điện từ) trƣờng lực khác Theo cấu tạo: + Bơm cánh quạt: loại bơm ly tâm chiếm đa số thƣờng gặp (bơm nƣớc) + Bơm pittông (bơm dầu, bơm nƣớc) + Bơm rotor (bơm dầu, hố chất, bùn…) Ngồi cịn có loại đặc biệt nhƣ bơm màng cách (bơm xăng ôtô), bơm phun tia (tạo chân không bơm lớn nhà máy nhiệt điện) Sơ đồ phần tử hệ thống bơm: Sơ đồ phần tử hệ thống bơm Động kéo bơm Bơm Lƣới chắn rác Bể hút Ống hút Van ống hút Van ống đ y Ống đ y Bể chứa 10.Van đƣờng ống phân phối 11 Chân không kế 12 Áp kế Các thông số bơm: - Cột áp H (hay áp suất bơm) lƣợng tăng lƣợng riêng cho đơn vị trọng lƣợng chất lỏng chảy qua bơm (từ miệng hút đến miệng đ y) Cột áp H đƣợc tính mét cột chất lỏng ( hay mét cột nƣớc ) tính đổi áp suất bơm - Lƣu lƣợng (năng suất) bơm: thể tích chất lỏng bơm cung cấp vào ống đơn vị thời gian; tính m3/s, l/s, m3/h - Công suất bơm (P hay N): phân biệt loại công suất - Công suất làm việc Ni (công suất hữu ích) cơng để đƣa lƣợng Q chất lỏng lên độ cao H đơn vị thời gian (s) - Công suất động kéo bơm (Nđc) công suất thƣờng lớn N để bù hiệu suất truyền động động bơm, dự phòng tải bất thƣờng - Hiệu suất bơm (ηb) tỉ số cơng suất hữu ích Ni công suất trục bơm N Hiệu suất bơm gồm thành phần: ηb = ηQ ηH ηm Trong đó: ηQ: hiệu suất lƣu lƣợng ηH: hiệu suất thuỷ lực ηm: hiệu suất khí 1.1 Bơm pittơng tác dụng đơn: 10 HSơ đồ mạch lực lò pha Sơ đồ đƣợc dùng cho lị điện trở có dải công suất tiêu thụ từ đến 90 kW (tuỳ thuộc vào trị số dịng điện trung bình qua Thyristor 1T ÷ 6T) Mạch lực gồm có phần tử sau: - Cuộn kháng xoay chiều CK1 ÷ CK3 dùng để hạn chế dịng ngắn mạch hạn chế tốc độ tăng dòng anot (di/dt) Thyristor - Bộ điều áp xoay chiều ba pha điều khiển hồn tồn dùng Thyristor 1T ÷ 6T điều áp xoay chiều ba pha bán điều khiển cách thay Thyristor 4T, 6T, 2T điôt - RdđA, RdđB RdđC dây điện trở lị đấu theo hình (Y) đấu theo hình tam giác (∆) tuỳ thuộc vào kích thƣớc dây điện trở tính chọn - Mạch (R - C) đấu song song với Thyristor dùng để hạn chế tốc độ tăng điện áp (du/dt) bảo vệ Thyristor tránh tƣợng tự mở + Mạch điều khiển: 64 Sơ đồ mạch điều khiển Mạch điều khiển điều áp xoay chiều có chức thay đổi góc mở α Thyristor 1T ÷ 6T để thay đổi điện áp cấp cho dây điện trở lị, thực chức điều chỉnh ổn định nhiệt độ lị Mạch điều khiển gồm có khối sau: a Khối điều khiển xung pha gồm khối tương tự gồm có khâu sau: - Khâu đồng pha xác định thời điểm qua gốc “0” điện áp lƣới gồm biến áp 1BA, bộchỉnh lƣu 1CL, điện trở 1R ÷ 5R transito 1T - Khâu so sánh tạo thời điểm phát xung dùng bộđếm DD1 - Mạch lật nhớ trạng thái (dùng trigơ R-S: DD2.1 DD2.2) - Khâu băm xung (DD3.1 ÷ DD3.4) - Khâu khuếch đại xung dùng biến áp xung BAX1, BAX2 R6÷ R9, điơt Đ1÷ Đ6 transito TR2 ÷ TR5) 65 - Mạch cấm R12, R13, Đ7và Đ8 b Khối tổng hợp tín hiệu điều khiển gồm khâu sau: - Khâu phát xung cao tần gồm DD4.1 ÷ DD4.4, chiết áp 12R tụđiện 7C Tần sơ phát xung khâu thay đổi từ 5kHz đến 1MHz cách thay đổi trị số điện trở 12R - Khâu gia cơng tín hiệu phản hồi âm nhiệt độ gồm: cảm biến nhiệt độ 1RS 2RS đƣợc lựa chọn nhờ khoá chuyển đổi S Cảm biến nhiệt nhánh cầu đo chiều, nhánh lại 17R, 18R 14R-15R-16R Cung cấp dòng cho cầu đo ổn định dịng điện cấu tạo khuếch đại thuật tốn DA1-2 Điện trở tinh chỉnh 21R dùng để thay đổi dòng giới hạn nhỏ đảm bảo thết lập giới hạn nhiệt độ cần đo Giới hạn dƣới nhiệt độ cần đo thiết lập qua điện trở tinh chỉnh 14R Điện áp từđƣờng chéo cầu đo tỉ lệ với điện trở đƣợc khuếch đại khuếch đại vi phân thực DA1.1, đƣa đến biến đổi AD thị số tới khuếch đại phản hồi KĐ Tín hiệu đƣa vào transito trƣờng FET 3T đóng vai trị nhƣ điện trở động đấu song song với chiết áp 12R 13R Trị số điện trở (RS-D) thay đổi phụ thuộc vào Uph phụ thuộc vào nhiệt đô Các tụ 8C, 9C 10C để lọc nhiễu c Khâu bảo vệ dòng gồm: - Khâu gia cơng tín hiệu tỉ lê với dịng tiêu thụ lị ba biến dịng TI1 ÷ TI3, transito TR1 ÷ TR2, khuếch đại thuật tốn IC, cầu chỉnh lƣu CL, chiết áp VR1 ÷ VR2, điốt Đ, điện trở R1 ÷ R2 rơle liên động RLĐ (hình MH21-02-08) - Khâu nhớ trạng thái phục hồi gồm trigơ R-S (DD2.3 ÷ DD2.4), nút bấm phục hồi M, tụ C4, 9R ÷ 11R đ n 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 ổn áp thông số 11D -27R 12D-28R Sau chia áp 25R-16R có tụ lọc phụ thêm 14C Nguyên lý làm việc sơ đồ nhƣ sau: Tại thời điểm qua điểm “0” điện áp lƣới, cực colectơ transito TR1 xuất xung chữ nhật Xung đƣa đến cổng R đếm DD.1 lệnh bắt đầu đếm xung đƣa vào đầu vào R trigơ R-S (DD2.1 ÷ DD2.2) Khi chân thứ hai C bộđếm DD1(lấy từ đầu phát xung cao tần DD.4.1 ÷ DD.4.4) đạt đƣợc 28 = 64 xung, đầu 32 đếm DD.1 có mức logic “1” Thời điểm xuất mức “1” DD.1 phụ thuộc vào tần số phát phát cao tần DD.4.1 ÷ DD.4.4 Tần số định trị số góc mở α tiristo, trị số điện áp đặt lên dây đốt lò điện trở Thay đổi tần số phát xung từ 5kHz đến 1MHz thay đổi đƣợc góc mở 66 α = 1800 ÷ 00 tƣơng ứng với trị số điện áp đặt lên dây đốt lò từ Umax đến Umin Hình MH21-02-09 Nguyên lý ổn định nhiệt độ lị thẹc nhƣ sau: Nếu lý đó, nhiệt độ lị thấp nhiệt độ đặt, sức nhiệt điện phát từ cặp nhiệt ngẫu giảm, điện áp phản hồi Uph khuếch đại KĐ giảm, làm cho điện trở RS-D FET 3T giảm, tần số phát DD.4.1 ÷ DD.4.4 tăng lên, góc mở α giảm xuống, điện áp đặt lên dây đốt lò tăng lên, kết nhiệt độ lò tăng lên nhiệt độ đặt ngƣợc lại Nguyên lý làm việc khâu bảo vệ dòng nhƣ sau: dòng tiêu thụ lò nhỏ dòng chỉnh định (Iđm < Icđ ), điện áp lấy chiết áp VR1 (điện áp chiết áp VR1 tỷ lệ với dòng điện lò tiêu thụ) nhỏ điện áp lấy chiết áp VR2 (điện áp ngƣỡng so sánh), điện áp IC –Ucc dẫn đến transito TR1, TR2 khoá, rơle liên động RLĐ khơng tác động Khi tiếp điểm RLĐ hở, dẫn đến đầu Q trigơ R-S (DD2.3 ÷ DD2.4) có mức logic “1” dẫn đến đầu phát xung DD.4.1 ÷ DD.4.4 có xung, hệ thống làm việc bình thƣờng Khi dịng tiêu thụ lò lớn dòng chỉnh định, trị sốđiện trở chiết áp VR lớn điện áp chiết áp VR, điện áp IC +U cc, TR1, TR2 thông, rơle RLĐ tác động dẫn đến đầu Q trigơ R-S (DD2.3 ÷ DD2.4) có mức logic “0” đầu phát xung cao tần (DD4.1 ÷ DD4.4) khơng có xung Sau xử lý xong cố, ấn nút “M” qua khâu vi phân 6C-10R điôt 8Đ, đƣa mức logic “1” vào DD4.4, phục hồi trạng thái làm việc cho khâu phát xung cao tần LÒ HỒ QUANG 2.1 Khái niệm chung 67 Lò hồ quang đƣợc cấp nguồn từ biến áp lò đặc biệt với điện áp đặt vào cuộn sơ cấp (6 ÷ 10)kV, có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp dƣới tải Cấu tạo kết cấu lò hồ quang Một lò hồ quang phải có bơ phận sau: + Nồi lị có lớp vỏ cách nhiệt, cửa lị miệng rót thép nấu chảy + Vịm, lị có vỏ cách nhiệt + Giá nghiêng lò + Điện cực + Giá đỡ điện cực Và cấu sau: + Cơ cấu nghiêng lị để rót nƣớc thép xỉ + Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục + Cơ cấu dịch chyển vỏ lị để nạp liệu + Cơ cấu nâng vòm lò để dịch chuyển vỏ lò + Cơ cấu dịch chuyển điện cực + Cơ cấu nâng chắn gió cửa lị 2.2 Sơ đồ cung cấp điện lò hồ quang 68 Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang đƣợc giới thiệu hình MH21-03-02 Nguồn cấp cho lị hồ quang đƣợc lấy từ trạm phân phối trung gian với cấp điện áp 6, 10, 20 22kV (tuỳ theo cấp điện áp trạm phân phối) Sơ đồ cấp điện có thiết bị sau: + Cầu dao cách ly, đóng cắt khơng tải dùng để cách ly mạch lực lò lƣới điên trƣờng hợp cần sửa chữa + Máy cắt dầu 1MC, đóng cắt có tải cấp điện cho lị + Cuộn kháng K dùng để hạn chế dòng ngắn mạch làm việc (dòng ngắn mạch làm việc không đƣợc lớn lần dịng định mức), ngồi cuộn kháng cịn có chức đảm bảo cho lửa hồ quang cháy ổn định, đặc biệt giai đoạn nung nóng nấu chảy kim loại Sau cuộn kháng K đƣợc ngắn mạch máy cắt dầu 2MC + Máy cắt dầu 3MC 4MC dùng để đổi nối sơ đồ đầu dây cuộn sơ cấp biến áp lò (BAL) thành hình (Y) tam giác (Δ) + Biến áp lò (BAL) dùng để hạ áp điều chỉnh điện áp cấp cho lò Biến áp lò cấu tạo hình dáng giống nhƣ biến áp động lực thơng thƣờng, nhƣng làm việc mơi trƣờng khắc nghiệt, điều kiện làm việc nặng nề so với biến áp động lực thơng thƣờng có đặc điểm khác biệt sau: - Cùng cấp công suất, biến áp lị có kích thƣớc khối lƣợng lớn - Dòng ngắn mạch nhỏ (Inm ≤ 3Iđm) - Có độ bền học cao để chụi đƣợc tác động lực điện từ phát sinh cuộn dây dẫn trƣờng hợp xảy tƣợng ngắn mạch làm việc - Có khả tự động điều chỉnh điện áp dƣới tải phạm vi rộng điện áp lƣới dao động Cơng suất biến áp lị xác định gần từ điều kiện công suất nhiệt giai đoạn nóng chảy, giai đoạn cịn lại cơng suất nhiệt lị u cầu 2.3 Điều chỉnh cơng suất lị hồ quang Trong chu trình nấu luyện lò hồ quang, m i giai đoạn, công suất điện tiêu thụ khác Bởi vậy, điều chỉnh cơng suất lị hồ quang vấn đề quan trọng công nghệ nấu luyện kim loại lị hồ quang Điều chỉnh cơng suất lị cách thay đổi điện áp BAL dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài lửa hồ quang nhƣ thay đổi đƣợc điện áp hồ quang công suất tác dụng hồ quang Có thể trì cơng suất lị theo dòng Ihq, điện áp Uhq Zhq = Uhq/Ihq Bộ điều chỉnh trì dịng Ihq =const khơng mồi hồ quang tự động đƣợc Ngồi ra, dịng điện pha thay đổi làm cho dịng pha cịn lại thay đổi Ví dụ nhƣ đứt 1pha, dòng pha lại giảm xuống lúc điều chỉnh thực việc hạ điện cực xuống khơng cần việc Các điều chỉnh dùng cho lò pha, chủ yếu lị hồ quang chân khơng 69 Bộ điều chỉnh trì điện áp Uhq = const có khó khăn việc đo thông số Thực tế, cuộn dây đo đƣợc nối thân kim loại lò thứ cấp BAL Do điện áp đo đƣợc phụ thuộc vào dòng tải thay đổi dòng pha ảnh hƣởng tới pha cịn lại nhƣ trình bày Bộ điều chỉnh trì Uhq/Ihq = Zhq = const tối ƣu thơng qua hiệu số tín hiệu dịng áp: aIhq – bUhq = bIhq(Z0hq – Zhq) Trong đó: a,b hệ số phụ thuộc biến áp, biến dòng… Z0hq, Zhq giá trị đặt giá trị thực tổng trở hồ quang 1/bIhq(aIhq - bUhq) = Z0hq – Zhq = ΔZhq Nhƣ việc điều chỉnh thực theo độ lệch tổng trở hồ quang so với giá trị đặt Phƣơng pháp dễ mồi hồ quang, trì đƣợc cơng suất lị, chụi ảnh hƣởng dao động điện áp nguồn nhƣ ảnh hƣởng lẫn pha 2.4 Một số sơ đồ khống chế dịch cực lò hồ quang 2.4.1 Sơ đồ chức pha khống chế dịch cực hồ quang Sơ đồ khối chức hệ điều chỉnh cơng suất lị hồ quang Hệ gồm đối tƣợng điều chỉnh (lò hồ quang) điều chỉnh vi sai Bộ điều chỉnh gồm phần tử cảm biến dòng biến áp 2, phần tử so sánh 3, khuếch đại 5, cấu chấp hành thiết bị đặt Trên phần tử so sánh có hai tín hiệu từ đối tƣợng tới (từ đối tƣợng dịng áp) tín hiệu từ thiết bị đặt tới Tín hiệu so lệch từ phần tử so sánh đƣợc khuếch đại qua khuếch đại đến cấu chấp hành để dịch cực theo hƣớng giảm sai lệch Để hồn thiện đặc tính động hệ, nâng cao chất lƣợng điều chỉnh, thƣờng sơ đồ cịn có phần tử phản hồi tốc độ dịch cực, tốc độ thay đổi dòng , áp hồ quang v.v…Trong sơ đồ có phần tử chƣơng trình hố, máy tính v.v… Hệ điều chỉnh dùng khuếch đại từ, khuếch đại máy điện, Thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ… 70 2.4.2 Sơ đồ pha khống chế dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuếch đại - động Lò hồ quang đƣợc trang bị bốn hệ truyền động nhƣ nhau, ba hệ dùng để truyền đơng ba điện cực, hệ lại chế độ dự phòng Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động đƣợc biểu diễn hình vẽ Động điện chiều kích từ độc lập Đ truyền động nâng hạ điện cực thông qua cấu truyền lực dùng bánh - đƣợc cấp nguồn từ máy điện khuếch đại từ trƣờng ngang MĐKĐ MĐKĐ có ba cuộn kích thích: - Cuộn chủ đạo CĐC1ở chế độ tự động CĐC2 chế độ tay - Cuộn phản hồi âm điện áp CFA Ở chế độ tự động: cầu dao 1CD hở, 2CD đóng tay gạt 5-6 7-8 đóng Điện áp chỉnh lƣu tỉ lệ với dòng điện hồ quang đặt lên chiết áp 3R Điện áp cầu chỉnh lƣu 2CL tỉ lệ với điện áp hồ quang đặt lên chiết áp 4R Điện áp đặt lên cuộn kích thích CĐ1 bằng: UCĐC1 = UR4 – UR3 Khi điện áp chƣa chạm vào phơi liệu, dịng điện hồ quang (Ihq) khơng, điện áp hồ quang trị số cực đại Uhqmax Điện áp đặt lên cuộn CĐC1 bằng: UCĐC1 = UR4 Sức từ động sinh cuộn CĐC1 có chiều để MĐKĐ phát điện áp có cực tính để động Đ quay theo chiều hạ điện cực xuống với tốc độ chậm lúc dịng hồ quang khơng nên rơle dịng RD chƣa tác động, điện trở 5R nối tiếp với cuộn CĐC1, mặt khác điột 3CL thơng làm ngắn mạch điện trở 7R nên dịng cuộn phản hồi âm điện áp CFA tăng lên Sức từ động tổng cuộn kích thích giảm xuống, kết điện cực đƣợc hạ xuống chậm Ft = Fcđ - FA Khi điện cực chạm vào phôi liệu (hiện tƣợng ngắn mạch làm việc), dịng hồ quang có trị số cực đại (Ihq = Inm), cịn điện áp hồ quang khơng (Uhq = 0) Mặt khác rơ le dòng RD tác động nên điện trở 5R bị ngắn mạch, điện áp đặt cuộn CĐC1 điện áp đặt lên điện trở R3 UCĐC1 = UR3 Sức từ đông cuộn dây CĐC1 đảo chiều, máy điện khuếch đại phát điện áp có cực tính ngƣợc lại, làm cho đơng đảo chiều quay kéo điện cực lên nhanh Trong chế độ nâng, điơt 3CL khố, điện trở 7R đƣợc nối tiếp với cuộn CFA làm giảm sức từ động FA, đồng thời điôt 4CL thông nên rơle điện áp RA tác động làm cuộn dây rơle thời gian điện Sau thời gian mở chậm, tiếp điểm RTh mở đƣa điện trở 10R vào nối tiếp với cuộn kích thích CKĐ động làm giảm từ thông để tăng tốc động tốc độ Kết sức từ động tổng cuộn kích từ tăng lên để điện cực đƣợc kéo lên nhanh khỏi 71 phôi liệu sau thời gian chỉnh định (đủ điện áp MĐKĐ đạt đến định mức) từ thông động giảm để tốc độ tăng tốc độ Khi điện cực nâng khỏi phôi liệu, lửa hồ quang xuất hiện, trình mồi hồ quang hồn tất Trong q trình điện cực di chuyển theo chiều lên, dòng điện hồ quang giảm, điện áp hồ quang tăng lên Hiệu điện áp lấy chiết áp 3R 4R giảm dần, sức từ động giảm, điện áp phát máy điên khuếch đại giảm dần động nâng điện cực chậm dần Khi điện áp máy phát máy điện khuếch đại nhỏ ngƣỡng tác động RA, RA không tác động nên RTh có điện để ngắn mạch điện trở 10R làm tăng dòng cuộn CKĐ đến giá trị định mức, tốc độ động lại giảm đến thời điểm thời điểm điện áp 3R 4R cân trị số, điện áp cuộn CĐC1 không, điện áp phát máy điện khuếch đại không động ngừng quay, lửa hồ quang cháy ổn định Trong trình nấu luyện, bắn phá điện tử lên bề mặt điện cực, làm cho điện cực bị mòn dần, hệ truyền động tự động hạ điện cực theo chiều xuống để trì độ dài cung lửa hồ quang không đổi: Ở chế độ khống chế tay, cầu dao 1CD đóng, 2CD mở, tay gạt 1-2 3-4 đóng (để nâng điện cực) 9-10 11-12 đóng (để hạ điện cực), cuộn CĐC2 có điện, chức tƣơng tự nhƣ cuộn CĐC1 chế độ tự động Sơ đồ dịch cực cho pha lò hồ quang 2.5 Lị hồ quang chân khơng Lị chân không đƣợc ứng dụng trong: 72 - Sản xuất vật liệu chịu nhiệt có hoạt tính hố học mạnh nhƣ: ziricôni Zn, titan Ti, vonfram W v.v… - Sản xuất kim loại - Sản xuất thép chất lƣợng cao, có lý tính tốt dùng ổ đỡ cao tốc… - Sản xuất vật liệu đặc biệt dùng ngành kỹ thuật nhƣ: nguyên tử, vũ trụ… Có loại lị hồ quang chân khơng: - Lị có điện cực khơng tiêu tốn graphic hay đồng với đầu cực vonfram (có làm mát nƣớc) Loại lị khó đảm bảo chất lƣợng cao kim loại luyện thành phần bị làm b n điện cực nấu luyện - Lị có điện cực tiêu tốn kim loại nấu luyện thƣờng đƣợc sử dụng rộng rãi Lò hồ quang chân khơng thƣờng bao gồm phận chính: - Khn kết tinh dạng ống đồng (trịn, ơvan hay chữ nhật) có vỏ làm mát nƣớc Thƣờng lớp ngồi vật liệu khơng từ tính có đặt cuộn dây để tập trung hồ quang dọc trục ống khuấy trộn kim loại bể lỏng - Cơ cấu treo dịch điện cực Hệ treo mềm (tời, xích) hay cứng (vít, bánh răng) 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 hệ điều khiển - Nếu nấu luyện khí trơ có hệ thống truyền khí trơ 2.6 Lị hồ quang Plasma Lị hồ quang plasma lị sử dụng plasma lạnh Đó khí ion hố có mức ion hố khoảng 1% (tỉ số số ion tổng số phân tử) Plasma nhiệt độ thấp đƣợc ứng dụng trình nhƣ nấu luyện quặng, hợp kim, tinh luyện thép hợp kim chất lƣợng cao, chịu nhiệt tổng hợp chất khác Ƣu điểm lò hồ quang plasma tập trung lƣợng nhiệt lớn vùng thể tích nhỏ nên đảm bảo nhiệt độ q trình cao, tăng đƣợc khả phản ứng tốc độ phản ứng Trạng thái kích thích nguyên tử nhiệt độ cao cho phép gây phản ứng để tạo môi liên kết mà thực đƣợc điều kiện thông thƣờng Phần tử lò plasma plasmatron, điện nguồn cấp đƣợc biến đổi thành nhiệt dòng plasma nhiệt độ thấp Phân loại plasmatron theo nguyên lý biến đổi điện thành nhiêt có: plasmatron hồ quang, plasmatron cảm ứng điện tử Theo loại dịng điện có plasmatron dịng chiều, xoay chiều tần số công nghiệp cao tần Trong Plasmatron hồ quang loại tác dụng trực tiếp đƣợc dùng phổ biến LÒ CẢM ỨNG 3.1 Khái niệm chung 73 Nguyên lý làm việc lò cảm ứng dựa vào tƣợng cảm ứng điện từ, đƣa khối kim loại vào từ trƣờng biến thiên, khối kim loại xuất dịng điện xốy (Foucault), nhiệt dịng điện xốy đốt nóng khối kim loại Nhiệt truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào yếu tố sau: - Điện trở suất ρ hệ số từ th m μ kim loại - Trị số dòng điện nguồn cấp Nếu tăng trị số dịng điện lên hai lần nhiệt tăng lên bốn lần - Tần số dòng điện nguồn cấp Nếu tăng tần số lên bốn lần nhiệt tăng lên hai lần Từ ta nhận thấy rằng: tăng dòng điện nguồn cấp hiệu tần số nguồn cấp nhƣng thực tế trị số dịng khơng thể tăng lên đƣợc q lớn lý cách điện, trị số dịng lớn làm nóng chảy vịng cảm ứng (mặc dầu đƣợc làm mát dòng nƣớc liên tục) thực tế ngƣời ta tăng tần số nguồn cấp Các nguồn tần số cao tạo phƣơng pháp sau: - Dùng máy phát điện đặc biệt tần số cao kết cấu khí nên tần số máy phát không vƣợt 2000Hz - Bộ biến tần dùng thyristor công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chƣa chế tạo đƣợc loại thyristor tần số cao nên tần số giới hạn tới 2000Hz - Bộ biến tần dùng đ n phát điện tử, tần số cao tới 400kHz cách dùng đ n điện tử ba cực nhƣng hiệu suất nguồn không cao, tuổi thọ đ n thấp H Tôi chi tiết dòng cao tần Phạm vi ứng dụng thiết bị gia nhiệt tần số: - Nấu chảy kim loại mơi trƣờng khơng khí (lị kiểu hở) mơi trƣờng chân khơng khí trơ (lị kiểu kín) - Thực nguyện tố cơng nhiệt luyện nhƣ tôi, ram; đặc biệt ứng dụng để bề mặt chi tiết nhƣ bánh răng, cổ trục khuỷu động ddieezen yêu cầu độ cứng bề ngồi cao Hình dáng chi tiết cần tơi có hình dáng 3.2 Một số sơ đồ khống chế lò cảm ứng 74 3.2.1 Lò cảm ứng tần số cơng nghiệp Lị cảm ứng tần số cơng nghiệp đƣợc cấp nguồn từ lƣới điện quốc gia qua cầu dao cách ly CL, máy cắt MC biến áp lị BAL, q trình nấu luyện, điều chỉnh cơng suất lị điều chỉnh điện áp dƣới tải cuộn sơ cấp biến áp lị Vì hệ số cơng suất (cosφ) lị thấp (0,6 ÷ 0,7) nên dùng tụ điện tĩnh C để bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số cơng suất lị Điều chỉnh dung lƣợng bù lị công tắc K Khối đối xứng ĐX gồm cuộn kháng Ls, tụ Cs có chức cân phụ tải pha biến áp lò Để tận dụng hiệu suất sử dụng thiết bị, lò cảm ứng có hai nồi nấu thép, làm việc luân phiên cầu dao chuyển đổi 1CD 2CD 3.2.2 Lò cảm ứng trung tần dùng máy phát điện cao tần Hai lò cảm ứng trung tần lò đƣợc cấp nguồn từ máy phát cao tần F Máy phát cao tần đƣợc động không đồng sơ cấp Đ kéo; tụ C1 C2 bù công suất vô công nhằm nâng cao hệ số công suất (cosφ) Biến áp đo lƣờng TU (biến điện áp), biến dòng (TI) cấp nguồn cho đồng hồ đo: Vôn kế (V), ampe kế (A), wat kế (W) công tơ vô công (VAr) Đối với tần số (150 ÷ 500) Hz thƣờng dùng máy phát đồng thơng thƣờng cực lồi, cuộn dây kích từ quấn rơto máy phát Đối với tần số (1000 ÷ 8000)Hz dùng loại máy phát kiểu cảm ứng, cuộn dây kích thích cuộn dây làm việc quấn stato máy phát, cịn roto có dạng bánh Kết từ thơng cuộn kích thích sinh từ thông đập mạch, cảm ứng cuộn dây làm việc dòng điện tần số cao 75 Lò trung tần cấp nguồn từ máy phát cao tần 3.2.3 Lò cảm ứng trung tần dùng biến tần Sơ đồ khối chức lò cảm ứng dùng biến tần Trong sơ đồ khối chức lò cảm ứng trung tần dung biến tần gồm có khâu sau: - Mạch lực gồm có khâu: 76 + CL: chỉnh lƣu có điều khiển dung thyristor biến đổi ddienj áp xoay chiều lƣới điện thành điện áp chiều + NL: khâu nghịch lƣu cộng hƣởng biến điện áp chiều thành điện áp xoay chiều cung cấp cho vòng cảm ứng lò + CKL: khâu lọc điện áp chiều dung cuộn kháng lọc với trị số điện cảm (L) lớn (vì nguồn cung cấp cho nghịch lƣu nguồn dịng) + Lị trung tần: có vịng cảm ứng quấn xung quanh nồi lò tụ điện - Mạch điều khiển gồm có khâu: + KNg: khâu nguồn chiều cung cấp cho tất khâu mạch điều khiển + KĐCS: khâu điều chỉnh cơng suất tiêu thụ lị cảm ứng + KĐK2: khâu điều khiển chỉnh lƣu + KĐK1: khâu điều khiển nghịch lƣu + KĐK3: khâu điều khiển công nghệ dùng rơle - công tắc tơ… đo lƣờng bảo vệ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện t cho máy công nghiệp dùng chung, NXB Giáo dục, 1996 77 [2] Dịch giả Bùi Đình Tiếu, Các đặc tính động truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1979 [3] Võ Hồng Căn; Phạm Thế Hựu, Phân tích mạch điện máy cắt gọt kim loại, NXB Công nhân kỹ thuật, 1982 [4] Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình chuyên ngành điện tập 1,2,3,4, NXB Thống kê, 2001 [5] Tài liệu thực hành PLC-S7 200, S7 300, Trung tâm Việt Đức, Trƣờng ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật TPHCM 78 ... tới ? ?Trang bị điện 2? ?? đƣợc biên soạn dùng để làm giáo trình giảng dạy cho sinh viên Cao đẳng nghề điện cơng nghiệp Giáo trình biên soạn với mục tiêu nhằm cung cấp kiến thức trang bị điện – điện. .. thực qui trình, qui định; Phải - Không thực thực hiện qui qui trình, qui định; trình cụ thể mục 2. 2 .2 Phải thực qui trình cụ thể mục 2. 2.3 Phải thực qui trình cụ thể đƣợc mô tả mục 2. 2.4 - Các... ứng tần số công nghiệp 75 3 .2. 2 Lò cảm ứng trung tần dùng máy phát điện cao tần 75 3 .2. 3 Lò cảm ứng trung tần dùng biến tần 76 MƠN HỌC: TRANG BỊ ĐIỆN Mã mơn học: MH 24 Vị trí,