nghiên cứu ứng dụng plc s7-200 và biến tần micromaster vector vào quá trình nâng hạ điện cực lò hồ quang

Thời gian cho phép của một lần ngắn mạch làm việc là từ 2-3s.lúc đầu khối kim loại dưới các điện cực được ngọn lửa hồ quang nung nóng chẩy, do quá trình chất liệu vào lò vẫn còn các khe

Lời Nói Đầu

Ngày nay, trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, ngành công nghiệp luyện kim đóng vai trò quan trọng Đây là ngành công nghiệp có vị trí then chốt trong việc phát triển ngành công nghiệp nặng nói riêng và ngành công nghiệp nước nhà nói chung Ngành công nghiệp luyện kim ở Việt Nam hiện nay đang được phát triển mạnh cả về lượng và chất, là một mũi nhọn trong công cuộc xây dung và kiến thiết đất nước Việc ứng dụng các thành tựu khoa học – kỹ thuật tiên tiến, các dây truyền hiện đại về luyện kim của các nước tiên tiến trên thế giới đã làm cho ngành công nghiệp luyện kim ở Việt Nam có sự phát triển vượt bậc

Có nhiều phương pháp luyện thép song phương pháp luyện thép bằng lò hồ quang đã và đang được áp dụng một cách rộng rãi trong các nhà máy luyện thép ở Việt Nam Phương pháp này có ưu điểm cơ bản là đơn giản, tiện lợi, dễ điều chỉnh

để tạo ra mác thép mong muốn, đồng thời phương pháp này đem lại hiệu quả kinh

tế cao.

Sau 5 năm học tập và nghiên cứu tại trường, em đã cơ bản hoàn thành được

nhiệm vụ học tập của mình, và được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Nghiên cứu

ứng dụng PLC S7-200 và Biến Tần Micromaster vector vào quá trình nâng hạ điện cực lò hồ quang” phục vụ cho ngành luyện kim.

Sau thời gian hơn 2 tháng tìm tòi nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của

Thầy Giáo ĐÀO THANH và sự chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn TĐH –

XNCN cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực của bản thân, đến nay đề tài tốt nghiệp của em đã được hoàn thành với đầy đủ các nội dung yêu cầu.

Với khả năng có hạn về kiến thức và tài liệu tham khảo cho nên bản dồ án này sẽ không chánh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy cô và các bạn bè đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 17 tháng 6 năm 2005

Sinh viên

Vò Quang Hưng

PHẦN I KHÁI QUÁT VỀ CÔNG

NGHỆ CỦA LÒ HỒ QUANG

PHẦN I: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CỦA LÒ HỒ QUANG

A CÔNG NGHỆ CỦA LÒ HỒ QUANG

I Khái niệm chung và phân loại:

- Lò hồ quang xoay chiều (sử dụng dòng điện xoay chiều)

b Theo phương thức hình thành hồ quang

- Lò hồ quang nung nóng gián tiếp: Hồ quang được hình thành giữa hai điện cực ở phía trên vật liệu cần được gia nhiệt

- Lò hồ quang nung nóng trực tiếp: Hồ quang được xuất hiện trực tiếp giữa kim loại cần được gia nhiệt và các điện cực

4

h1.1: a Lò hồ quang nung nóng gián tiếp

b Lò hồ quang nung nóng trực tiếp

Trong đó:

1: Than điện cực; 2: Tường lò

3: Ngọn lửa hồ quang; 4: Vật gia công nhiệt

c Theo đặc điểm chất liệu vào lò:

- Lò chất liệu từ đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại lò này có cơ cấu nâng ván móc

- Lò chất liệu bên sườn bằng phương pháp thủ công hay máy móc qua cửa lò

d Theo số tấn thép được luyện (dung lượng định mức của lò) 0,5; 1,5; 3,5; 9; 12… tấn

e Theo dung dịch nấu luyện: Lò axit, lò bazơ

f Theo tính chất nấu luyện: Lò hồ quang chân không, Lò hồ quang plasma

II Cấu tạo của lò hồ quang.

* Thiết bị cơ khí lò điện hồ quang.

a Vỏ lò:

Cần có độ bền cơ học cao, có khả năng chịu tải trọng của kim loại và

áp lực giãn nở khi nung nóng Vỏ lò thường được làm bằng thép tấm dầy 10 đến 30 mm bằng cách ghép hay hàn Trong vỏ lò có xây vật liệu chịu lửa, vỏ thân lò thường có dạng hình trụ, hình côn hoặc phối hợp trụ côn, đáy vỏ lò

Tuỳ theo dung lượng mà chọn kiểu nghiêng lò cho thích hợp đảm bảo

nghiêng lò 40 đến 45 độ về phía rót thép và 10 đến 15 độ về phía cào xỉ và chất liệu; Có hai kiểu nghiêng lò

h1.2: Sơ đồ nghiêng lò

+ Nghiêng lò bên hông:

Loại này có ưu điểm là thiết bị đơn giản, gọn gàng, khi mất điện có thể quay bằng tay tránh được sự bám dính của xỉ và kim loại

+ Nghiêng lò đặt dưới đáy:

Loại này có ưu điểm là quay lò rất vững chắc, quay êm và đều, có thể tự độngđiều khiển hoàn toàn Có nhược điểm là dễ rơi xỉ và kim loaị vào động cơ điện, công việc bảo quản thiết bị khó khăn phức tạp Tất cả các lò trung bình

và lớn đều có cơ cấu nghiêng lò loại 2

h Thiết bị cơ khí nâng hạ điện cực:

Thông thường lò hồ quang điện thường có 3 điện cực tương ứng với nó là 3

cơ cấu nâng, hạ điện cực của 3 pha Khi động cơ quay sẽ làm cho tang quay kéo dây cáp, dây cáp sẽ nâng hoặc hạ điện cực lên hoặc xuống Trong cơ cấu nâng hạ còn có đối trọng, nhờ đó mà tốc độ nâng điện cực luôn lớn hơn tốc độ

xuống Tuỳ theo loại lò mà tốc độ lên hoặc xuống của điện cực cũng khác nhau.

k Trong các lò hồ quang có nồi lò sâu kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có sự

cường phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng của kim loạitrước khi rót cần phải khuấy trộn kim loại lỏng Ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 7 tấn ) thì việc khuấy trộn được khuấy trộn bằng tay qua cơ cấu cơ khí Với lò có dung lượng trung bình (9 đến 50 tấn) và đặc biệt > 100 tấn thì được thực hiện bằng thiết bị khuấy để không những làm giảm sự vất vả của người thợ nấu mà còn nâng cao chất lượng của kim loại Thiết bị khuấy trộn của kim loại nóng thường là thiết bị điện từ có nguyên lý tương tự nh động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

1 Cơ cấu làm mát cho lò.

Vì trong quá trình nấu luyện kim loại thì nhiệt độ trong và xung quanh lò đạt nhiệt độ rất cao, do đó cần phải có thiết bị làm mát để giảm nhiệt độ và tăng tuổi thọ lò

Các bộ phận cần được làm mát:

cơ điện, nước được đi vào trong ống rồi tới lò.

III CHẾ ĐỘ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ LÀM MÁT CỦA

LÒ HỒ QUANG

một mức độ lớn phụ thuộc vào việc định ra chế độ điện trong quá trình nấu luyện Chế độ điện hợp lý thì quá trình nấu luyện sẽ kinh kế Trong quá trình nấu luyện chế độ nhiệt ở các thời kỳ khác nhau, do đó chế độ điện cũng khác nhau

102030

t (h)

NÊu chÈyoxy ho¸

hoµn nguyªn

h1.3: Đồ thị P (t)

cho nó có thể chiếm từ (60-80%) toàn bộ điện năng của mẻ nấu luyện và thời gian của quá trình này cỡ từ (50-60%) toàn mẻ nấu, ở giai đoạn này có những yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của hồ quang Trong giai đoạn này có thể xẩy ra ngắn mạch nhiều lần và có trường hợp gây mất hồ quang Do vậy hệ thống điện phải đảm bảo được sự làm việc của lò với số lần ngắn mạch cho

phép có thể lên tới hàng trăm lần hoặc hơn Hệ thống phải tự loại trừ nhanh ngắn mạch mà không làm cho các thiết bị bảo vệ tác động đồng thời phải tự mồi lại khi mất hồ quang Thời gian cho phép của một lần ngắn mạch làm việc là từ 2-3(s).

lúc đầu khối kim loại dưới các điện cực được ngọn lửa hồ quang nung nóng chẩy, do quá trình chất liệu vào lò vẫn còn các khe hở lên kim loại bị nung nóng chẩy sẽ chảy xuống phía dưới Lúc này khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng trong khi đó khối kim loại ở hai bên thành lò chưa đủ nhiệt độ nóng chẩy nên chưa chẩy, mà điện cực phải dịch xuống đáy lò để đảm bảo ngọn lửa hồ quang cháy ổn định Do đó dẫn đến sự sụt liệu, toàn bộ kim loại

ở phía trên sẽ sụt xuống và chèn lên các điện cực ngây nên ngắn mạch sự cố Khi ngắn mạch sự cố thì các thiết bị bảo vệ phải tác động nâng nhanh điện cực lên phía trên để loại trừ ngắn mạch sự cố hoặc phải cắt nhanh nguồn điện cung cấp cho lò

nhất.Công suất nhiệt của hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rất ngắn, thường từ vài (mm) đến 10-15(mm) Trong giai đoạn này cần cung cấp cho lò một công suất lớn

hoá C gây ra một nhiệt lượng lớn nên công suất hồ quang trong giai đoạn này yêu cầu nhỏ hơn ở các giai đoạn trước Thường bằng 60% công suất của giai đoan nung nóng chẩy vật liệu

tương đối ổn định, vì vậy công suất không lớn lắm nhưng yêu cầu ổn định, nghĩa là công suất nhỏ hơn công suất trung bình Tuỳ theo phương pháp luyệnthép và mác thép mà cần chọn chế độ điện trong thời kỳ hoàn nguyên

IV MỤC ĐÍCH YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH LÒ HỒ QUANG

- Tiết kiệm năng lượng điện, tận dụng hết công suất máy biến thế lò Muốn vậy phải dùng thiết bị dịch điện cực có độ nhạy cao, thoả mãn với điều kiện kỹ thuật

gian phô

việc dịch điện cực vì nó cho phép giảm thời gian nấu luyện, nâng cao năng suất lò, giảm chi phí năng lượng, giảm thấp cacbon cho kim loại, nâng cao chất lượng thép Giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều kiện lao động…

điện áp ra của biến áp lực hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài của ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi được điện áp hồ quang, dòng diện hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang

bề mặt kim loại có thể thực hiện theo ba phương pháp sau

const

rằng mỗi phương pháp khống chế khác nhau Sau đây ta sẽ phân tích và chọn phương pháp tối ưu nhất

điện một pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo hai pha còn lại thay đổi Ví dụ khi

hồ quang của một trong ba pha bị đứt.Thì hồ quang làm việc như một phụ tải một pha với hai 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 việc đó là không cần thiết Phương pháp duy trì lò hồ quang không đổi chỉ dùng cho lò hồ quang mét pha

và chủ yếu dùng cho lò hồ quang chân không

quang Khi có sự thay đổi điện áp hồ quang của một pha cũng làm ảnh hưởng

đến các pha khác, thực tế cuộn dây đo được nối với giữa dây kim loại của cửa

lò và thanh cái thứ cấp máy biến áp, do vậy điện áp đo phụ thuộc vào dòng tải, sự thay đổi của một pha sẽ ảnh hưởng đến hai pha còn lại Vì vậy phương pháp này Ýt được dùng

a.Ihq - b.Uhq = b.Ihq(Z0hq-Zhq) (*)

biến điện áp) và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổi bằng tay khi chỉnh định)

Z0hq, Zhq : Giá trị đặt, giá trị thực tế của tổng trở hồ quang

Từ (*) ta có: a.Ihq b.−Ihq b.Uhq = (Z0hq - Zhq) = ∆Zhq

quang so với giá trị đặt, phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được côngsuất Ýt chịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha, mỗi giai đoạn làm việc của hồ quang (nấu chẩy, oxi hoá, hoàn nguyên) đòi hỏi một công suất nhất định mà công suất này phụ thuộc vào ngọn lửa hồ quang Nh vậy điều chỉnh điện cực chiều dài của ngọn lửa hồquang chính là điều chỉnh được công suất hồ quang

quang.

hồ quang không đứt quá (4-5)% trị số dòng điện làm việc Vùng không nhậy của bộ điều chỉnh không quá ± (3-6)% trong giai đoạn nấu chẩy và ± (1-2)% trong các giai đoạn khác

(1,5-3)s điều này sẽ làm giảm số lần cắt của máy cắt chính, giảm sự thấm cacbon của kim loại…

Các lò hồ quang hiện đại không cho phép cắt máy cắt chính hai lần trong giai đoạn nóng chẩy Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch cực nhanh từ 2,5 - 3 (m/ph) trong giai đoạn nấu chảy khi dùng truyền động điện cơ và 5 - 6 (m/ph)khi dùng truyền động thuỷ lực Dòng điện hồ quang càng lệch xa trị số đặt thì tốc độ dịch cực càng phải nhanh

- Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây ) hay trong chế độ thay đổi tínhđối xứng Yêu cầu này càng cần đối với lò ba pha không có dây trung tính Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ làm phá huỷ chế độ hồ quang của các pha còn lại Điện cực của các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để không làm ảnh hưởng đến các pha khác.

định mức với sai số không quá 5%

thực hiện thao tác phụ nào đó chẳng hạn nâng điện cực lên nhanh trước khi chất liệu vào lò và ngược lại

Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang

hay thuỷ lực trong cơ cấu điện cơ trước đây người ta hay dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn, dải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và dễ mở máy, đảo chiều, hãm… Ngày nay với sự phát triển ngày càng cao của kĩ thuật vi xử lí đã cho phép giải quyết các thuật toán phức tạp trong quá trình điều khiển động cơ điện xoay chiều bapha trong điều kiện thời gian thực với chất lượng cao, điều này dẫn đến xu hướng thay thế dần các hệ thống truyền động dùng động cơ một chiều

chất khử oxy và hợp kim hoá (phụ gia kim loại) và chất tăng cacbon

d Gang:

Có nhiệm vụ tăng hàm lượng sắt và hàm lượng Cacbon giúp các chất khó chẩy khác

Để tạo xỉ trong lò điện, dùng các chất tạo xỉ sau:

thép không rỉ Làm loãng xỉ manhezit và nó được mang vào khi vá lò

chảy, và thời kỳ oxy hoá nhằm mục đích tăng độ khử P, C, Si và Mn do đó rútngắn được thời gian oxy hoá các chất trên

và tạp chất đến triệt để, ngoài ra sự sôi còn làm cho thành phần và nhiệt độ kim loại được đồng đều Trong lò điện hay dùng các chất oxy hoá nh quặng sắt, vẩy sắt, oxy

g Chất khử oxy.

có hại nh P, S đồng thời hợp kim hoá thép người ta dùng các chất nh Ferô -

Mn, Ferô - Si, Al

Dùng vụn điện cực và gốc để khử oxy của xỉ, dùng bột cốc, bồ hóng, than gỗ Vật tăng Cacbon rất tốt là bột điện cực vì nó chứa Ýt S, có trọng lượng riêng tương đối lớn => dễ hoà tan vào kim loại

(chính), nấu chẩy kim loại (chính), khử P, vôi và nung kim loại, cào xỉ oxy hoá, tăng cacbon, khử oxy, khử S, điều chỉnh thành phần hoá học, một số trong các giai đoạn trên có thể tiến hành song song Giai đoạn khử P, vôi và

C, khử O2,khử S , điều chỉnh thành phần hoá học thuộc vào thời kỳ hoàn nguyên.

Sau khi rót thép song, đáy lò và thành lò bị lồi lõm do kim loại và xỉ bào mòn không đều trong quá trình nấu luyện chỗ nào bị bào mòn nhiều thì lõm xuống.Chỗ nào bị thép và xỉ bám dính do rót không hết thì lồi lên Do đó thành lò, đáy lò chóng bị hỏng, mặt khác những chỗ lồi lõm đó sẽ cản trở việc rót thép

ra ở mẻ sau Để đảm bảo đáy lò và thành lò có tuổi thọ cao, chất lượng thép tốt trước khi bước vào một mẻ mới phải vá lò với các yêu cầu sau:

(manhezit, donomit)

Kỹ thuật chất liệu có ảnh hưởng lớn đến quá trình nấu chẩy, sự cháy của hồ quang và sự cháy của lò Khi chất liệu cần có các nguyên tắc sau:

bé, nhẹ, dễ chẩy để phía hông lò (xa 3 điện cực)

một lớp đệm dưới đáy lò để hạn chế sự va chạm giữa những cục liệu lớn vào đáy lò khi chất liệu và ngăn cản tia hồ quang xuyên sâu xuống đáy lò làm hư hỏng lò

thời kỳ dài nhất, nhiệm vụ chính của thời kỳ này là biến kim loại rắn thành kim loại lỏng để dễ dàng oxy hoá các tạp chất và oxy hoá một phần các tạp chất

biến áp và dung lượng lò Trong giai đoạn này lò có công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếm 60 đến 80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian chiếm khoảng 50 đến 60% thời gian toàn mẻ nấu

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 gần vào kim loại lúc đó dễ xẩy ra hiện tượng điện cực bị chạm vào kim loại (gọi là quá

điều chỉnh) 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 lựcthường xuyên phải làm việc trong điều kiện nặng nề.

bao quanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu Sự nóng chẩy của các mẩu liệu cũng có thể phá huỷ hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa lúc đó phải tiến hành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuống cho chạm vào kim loại rồi nâng lêntạo hồ quang

lần hoặc hơn Mỗi lần xẩy ra ngắn mạch làm việc công suất hữu Ých giảm mạnh và có thể bằng không với tổn hao cực đại Thời gian cho phép của mỗi lần ngắn mạch là 2 đến 3s

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 của cacbon gây sôi mạnh kim loại, ở giai đoạn này công suất nhiệt yêu cầu về cơ bản là để bù lại tổn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60% công suất nhiệt của giai đoạn 1 Hồ quang cũng cần phải duy trì ổn định

oxy, khử sunfua 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 ngọn lửa hồ quang khoảng vài chục mm

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

bị bảo vệ để tự loại trừ nhanh sự cố hoặc phải cắt điện cung cấp cho lò

quang Ví dụ nh khi nạp liệu vào lò thường có các khe hở nên khi kim loại chẩy xuống dưới đáy lò gây mất hồ quang do đó điện cực phải hạ xuống để mồi lại hồ quang Khi mồi hồ quang sẽ gây ra hiện tượng ngắn mạch làm việctrong giai đoạn này Khi xẩy ra ngắn mạch thì hệ thống phải tự loại trừ sự cố

mà không làm cho các thiết bị bảo vệ tác động đồng thời phải duy trì được hồquang sau khi loại trừ được sự cố ngắn mạch làm việc, thời gian cho phép của

chảy kim loại Nguyên nhân chủ yếu là do sụt liệu, lúc này điện cực bị các thỏi kim loại chèn vào gây ngắn mạch sự cố Khi xẩy ra hiện tượng ngắn mạch sự cố các khâu phản hồi trong mạch phải tác động nâng nhanh điện cực lên để loại trừ ngắn mạch sự cố Để đề phòng cho trường hợp điện cực bị kim loại chèn quá chặt, các khâu phản hồi đã tác động nhưng không nâng được điện cực lên, trong hệ thống phải được đặt các dòng điện cực đại để tác động lên cuộn cắt của máy cắt, cắt mạch lực của hồ quang ra khỏi lưới, rơ le này códuy trì thời gian Thời gian này giảm khi bội số quá tải dòng tăng, vì vậy hệ thống sẽ ngừng làm việc khi có ngắn mạch sự cố và khi có ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý được

bằng grafit trong quá trình làm việc điện cực thường hay bị mòn do bị oxy hoá bởi khí lò và bay hơi do sự cháy của hố quang Do đó điện cực ngắn dần việc này dẫn đến trường hợp điện cực của một pha nào đấy bị cụt gây mất một pha Khi mét pha bị mất thì dòng điện trong pha đó cũng thay đổi dẫn theo sự phá huỷ hồ quang của các pha còn lại Điện cực của các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển Để đảm bảo chế độ làm việc của các pha khác thì mỗi pha cần một hệ thống dịch chuyển điện cực riêng

các thiết bị để đo và kiểm tra đồng thời đưa tín hiệu này về cắt toàn bộ mạch lực của lò hồ quang, để tiến hành nối và tiến hành thay điện cực

§kbv

bal mc4

mc3 mc2

kwh

v v v

Trong phân xưởng luyện thép lò điện thường có một biến thế riêng có điện áp

Cường độ dòng điện có thể lên tới 10 KA

Thường làm việc trong các điều kiện rất nặng nề nên có những đặc điểm sau:

lớn

4) Iđm

cuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch

rộng

nơi kín, gần lò

trong giai đoạn nấu chẩy Vì ở giai đoạn khác lò đòi hỏi công suất tiêu thụ Ýt hơn

hồ quang, trong biến thế lò, và cuộn kháng L được bù trừ bởi năng lượng của phản ứng toả nhiệt, thì công suất biến thế lò có thể xác định bởi công thức sau

SBAL = tnc ksd cos ϕ

W

KVA

tnc: Thời gian nấu chẩy

Ksd: Hệ số công suất biến thế lò trong giai đoạn nấu chẩy

Cos(ϕ ): là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang.

W: Là năng lượng hữu Ých và tổn hao nhiệt trong thời kỳ nấu chẩy và dừng lò giữa 2 mẻ nấu

W = w.G

G: là khối lượng kim loại nấu

w: là suất chi phí để nấu chẩy (KWh/T) suất chi phí điện năng giảm với lò có dung lượng lớn thường w = (400 đến 600) KWh/T

dung lượng của lò

Hệ số sử dụng công suất của lò thường là 0,8÷0,9 gây ra do sử dụng không đầy đủ công suất biến thế lò do biến động các thông số của lò, do hệ số

tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha… Hiện nay công suất biến thế lò ngày càng tăng do nã cho phép giảm thời gian nấu chẩy, giảm suất chi phí do hạ tổn hao nhiệt, năng suất của lò phụ thuộc vào dung lượng máy biến áp Giá trị công suất định nghĩa dung lượng biến thế lò

để đóng và cắt mạch lực dưới tải MC2 dùng để đóng, cắt cuộn kháng MC3

và MC4 dùng để thay đổi nối của sơ cấp máy biến áp để điều chỉnh điện áp

- Để lấy tín hiệu từ lưới người ta dùng biến dòng 1Ti và TU Phía sơ cấp biến áp lực có đặt rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuộn cắt MC1 Rơle này duy trì thời gian, thời gian này giảm khi bội số quá tải dòng tăng Nhờ vậy MC1 cắt mạch lực của lò hồ quang chỉ khi có ngắn mạch sự cố và ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý được Với ngắn mạch làm việc trong một thời gian tương đối ngắn, MC1 không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông Phía sơ cấp biến áp lực còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra

nh Vôn kế, Ampe kế, công tơ điện

khi có ngắn mạch thời gian ngắn bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉsau thời gian duy trì của rơle Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác (trong khối điều khiển bảo vệ) cung được nối với máy biến điện áp BA

và các máy biến dòng 1Ti, 2Ti

đích làm cho hồ quang cháy bền , hạn chế sự thay đổi đột ngột khi chập mạch.Cuộn điện kháng dùng để hạn chế dòng ngắn mạch khi làm việc không ảnh hưởng đến lưới Cuộn điện kháng khác với biến áp lò là chỉ có cuộn dây sơ cấp mà không có cuộn dây thứ cấp

khi dòng điện đi qua cuộn điện kháng, sẽ tổn thất một năng lượng điện đáng

kể Vì vậy người ta nối cuộn điện kháng song song với MC2 Khi không cần thiết MC2 sẽ cắt mạch dòng điện qua cuộn điện kháng Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ra ngắn mạch làm việc, lúc ngắn mạch làm việc máy cắt MC2 mở ra

để cuộn kháng tham gia vào mạch hạn chế dòng ngắn mạch Khi liệu chảy hết

lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, MC2 đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K, ở thời kỳ hoàn nguyên công suất lò yêu cầu Ýt hơn thì MC2 lại mở

ra để đưa cuộn kháng K vào mạch làm giảm công suất cấp cho lò Với những

lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K Việc ổn định

hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của

đầu của thời kỳ nấu chẩy liệu

phù hợp với thời kỳ nấu luyện Nhìn chung có thể chia quá trình nấu luyện ra làm hai thời kỳ dựa trên mức độ yêu cầu năng lượng khác nhau

nhiệt độ đó để tiếp tục các quá trình sau Thời kỳ hoàn nguyên cần lượng nhiệt nhỏ với mục đích chủ yếu là giữ nhiệt độ kim loại không bị giảm và nấuchẩy các Điện thế thứ cấp được thay đổi bằng cách thay đổi cuộn dây biến áp

lò bằng MC3 và MC4 Sự chuyển đổi cuộn dây từ tam giác sang sao cho phép

Mạch ngắn hay dây dẫn dòng điện thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn tới

I2

cầu cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến áp lòphải đặt rất gần lò) Để giảm bớt tổn hao, đồng thời mạch ngắn được ghép từ các tấm đồng lá thành các thanh mềm có thể lên xuống theo các điện cực

pha để có các thông số điện (công suất, điện áp, dòng điện) nh nhau của các

hồ quang

hay thuỷ lực Trong cơ cấu điện động cơ được dùng phổ biến là động cơ điện một chiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn, dải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể mở máy, đảo chiều, hãm một cách

dễ dàng Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mô men quán tính củarotor nhá

chỉnh điện cực bằng tay vì chế độ điện không thay đổi nhiều, công suất máy biến thế bé, điện cực nhỏ Đối với những lò điện 3 pha, điện cực bố trí thẳng đứng, chế độ điện luôn thay đổi, hồ quang cháy mãnh liệt, công suất máy biếnthế lò lớn thì không điều chỉnh bằng tay được mà phải tự động điều chỉnh bằng máy riêng với độ chính xác cao

các truyền động phụ kiện phục vụ lò nh:

lò, quạt làm mát máy biến áp lò… Các tủ điện động lực và tủ điện điều khiển, bàn điều khiển, hệ thống đèn báo, nút Ên

PHẦN II PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN

ĐỘNG

A.Phân tích một số hệ thống dịch cựclò hồ quang.

1 sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò HQ dùng hệ MĐKĐ-Đ.

1.1 Giới thiệu sơ đồ

Hình vẽ 2-2 biểu thị sơ đồ dịch cực cho 1 pha lò HQ ( thực tế luôn có 4

hệ truyền động giống nhau , trong đó 3 hệ dùng để dịch chuyển 3 điện cực , và một hệ dùng để dự phòng )

Trong đó :

+ Đ - động cơ một chiều kích thích độc lập , dùng để dịch chuyển ( nâng hạ ) điện cực

+ MĐKĐ - máy điện khuếch đại từ trường ngang , dùng để cung cấp điện áp cho mạch phần ứng động cơ MĐKĐ sử dụng 3 cuộn dây khống chế , trong đó cuộn CĐC 1 là cuộn chủ đạo ở chế độ điều khiển tự động , cuộn CĐC 2 là cuộn chủ đạo ở chế độ điều khiển bằng tay , cuộn CFA là cuộn phản hồi âm điện áp Hệ số phản hồi khác nhau đối với trường hợp

hạ và nâng Cực tính của điện áp đặt lên động cơ khi hạ , nâng được cho trong sơ đồ Do 7R mắc song song với 3CL nên ta có hệ số phản hồi áp khi hạ là h =  , khi nâng là n = 0,3 

+ Máy biến dòng BD , Máy biến áp 1BA kết hợp với 1CD , 1R và cầu chỉnh lưu 1 pha 1CL tạo ra tín hiệu điện áp một chiều tỷ lệ với dòng HQ + 2CD , cầu chì CC , điện trở 2R , tiếp điểm 1K , 2K của công tắc tơ 1K , 2K , cầu chỉnh lưu 2CL và triết áp 4R dùng để lấy tín hiệu điện áp một chiều tỉ lệ với giá trị hiệu dụng của điện áp HQ

Trong chế độ khống chế tự động , thì điện áp chủ đạo đặt lên cuộn CĐC1 gọi là

Ucđ1 và Ucđ1=a Uhq – b Ihq

Ucđ1 > 0 thì động cơ quay thuận , hạ điện cực

Ucđ1 < 0 thì động cơ quay ngược , nâng điện cực

Trong chế độ khống chế bằng tay thì điện áp chủ đạo đặt lên cuộn

được đảo chiều bằng công tắc , điều chỉnh tốc độ bằng triết áp 6R

Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò HQ được vẽ ở trang bên

+

-F2

7R

10R CFA

-+ §

9R

RTh KT§

RTh RA 2CL

C§C2 H

10 9

N 2

TD

T§

8

C§C1 F1

Rb

3R 6

2R 1K

2K 2CD

9-10 Hạ H 11-12

1.2 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ

* ở 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 1và 2 , 3 và 4

sẽ kín còn các tiếp điểm khác hở Cuộn 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 6R Lúc này điện áp phát ra của MĐKĐ có cực tính làm cho động cơquay 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 về vị trí hạ thì các tiếp 9 và 10 , 11 và 12 sẽ kín , dẫn điện cuộn CĐC2 cũng được cấp điện nhưng cực tính của điện áp trên cuộn dây lúc này ngược so với trường hợp để công tắc ở vị trí nâng , dẫn đến MĐKĐ sẽ phát ra một sđđ 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 nên tốc độ hạ sẽ nhỏ hơn tốc độ nâng khi cùng một giá trị điện áp đặt lên cuộn CĐC2

* ở chế độ điều khiển tự động

Bật công tắc điều khiển ở vị trí tự động , thì các tiếp điểm 5 và 6 , 7 và

8 kín Đồng thời mở 1CD và đóng 2CD Điện áp ra trên chỉnh lưu 1CL tỉ

lệ với dòng điện HQ và rơi trên điện trở 5R Điện áp ra trên chỉnh lưu 2Cl

tỉ lệ với điện áp HQ và rơi trên điện trở 4R Hiệu số của hai điện áp này sẽđặt lên cuộn CĐC1 và khống chế MĐKĐ điều khiển quá trình nâng hạ điện cực tự động Ta xét một số quá trình sau :

Khi làm việc bình thường : Giả sử lò đang làm việc có phần điện áp lấy trên các phân áp 4R và 5R , trên 4R kí hiệu là a.Uhq , trên 5R kí hệu là

Ta quy ước chiều quay của động cơ khi hạ điện cực là chiều quay dương tức là chiều quay thuận , và lúc này tương ứng điện áp trên cuộn CĐC1 cũng dương , và chiều quy ước của điện áp trên CĐC1 có chiều nh hình vẽ

khi đó Ucđ = a Uhq – b Ihq

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 của điện áp

HQ còng nh dòng điện HQ, trong trường hợp này cũng được gọi là giá trị đặt : U0hq , I0hq

a U0hq = b I0hq => Z0hq = U0hq / I0hq = b/a

Thông thường khi làm việc thì điện cực sẽ mòn dần dẫn đến khoảng cách giữa điện cực và kim loại sẽ tăng dần lên , dòng điện HQ sẽ giảm và điện áp HQ sẽ tăng ( tổng trở HQ tăng ) Lúc đó : a Uhq > a U0hq và b Ihq

càng lớn thì tốc độ dịch chuyển điện cực càng nhanh Ngược lại , khi khoảng cách giữa điện cực và kim loại giảm xuống bằng giá trị đặt thì Ucđ

= 0 và động cơ sẽ ngừng quay Nếu điện cực quá gần bề mặt kim loại , thì Ucđ sẽ âm , động cơ sẽ làm việc theo chiều nâng điện cực để tự động duy trì khoảng cách giữa điện cực và bề mặt kim loại ( tức là duy trì chiều dài

HQ hay tổng trở HQ )

Quá trình mồi HQ khi khởi động :

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

lò , để khởi động , người ta đóng nguồn cung cấp cho mạch chính của lò , ngắt 1CD và đóng 2CD đặt chế độ làm việc ( xác định giá trị a và b bằng 1R , 2R , 4R , 5R ) khởi động động cơ sơ cấp kéo MĐKĐ và đóng các nguồn cung cấp cho mạch kích từ động cơ Muốn khởi động lò và cho làmviệc ở chế độ khống chế tự động Lúc này , do Ihq = 0 nên Uhq đạt giá trị lớn nhất , dẫn đến Ucđ đạt giá trị lớn nhất và dương ,động cơ sẽ quay thuận với tốc độ tương đối lớn để hạ điện cực Khi điện cực chạm vào kimloại thì xảy ra ngắn mạch làm việc , dòng điện HQ tăng lên và đạt giá trị lớn nhất , còn điện áp HQ sẽ giảm xuống và xấp xỉ bằng không Điện áp chủ đạo đổi chiều và có giá trị lớn làm cho động cơ đổi chiều quay với gia tốc lớn tách nhanh động cơ nâng điện cực lên chậm dần Khi điện áp phát

ra của MĐKĐ dưới ngưỡng nhả của rơ le áp RA thì điện trở 9R được tách khỏi mạch kích từ động cơ , tốc độ động cơ càng chậm Khi cân bằng , thì điện áp tỉ lệ với dòng HQ rơi trên 5R và điện áp tỷ lệ với áp HQ rơi trên 4R , thì stđ của CĐC1 = 0 , điện áp MĐKĐ = 0 , động cơ Đ dừng quay và

HQ cháy ổn định

Nếu mất ổn định , hiệu số điện áp sẽ có và CĐC1 sẽ có stđ làm MĐKĐphát ra điện áp chạy động cơ Đ để dịch cực Chiều và tốc độ dịch cực phụ thuộc vào chiều và độ lớn stđ cuộn CĐC1 Nếu dòng Ihq tăng ( chiều dài cung lửa giảm ) thì động cơ nâng điện cực lên Nếu dòng Ihq giảm thì ngược lại

Khi đứt HQ ( Ihq = 0 ) quá trình diễn biến như lúc mồi HQ

các máy điện một chiều có từ dư ,đặc tính từ hoá trễ nên khó điều chỉnh

sâu tốc độ

2.Cơ cấu nâng hạ điện cực dùng hệ thống T-Đ

sơ đồ nguyên lý mét pha nh hình vẽ

4VD

CL1

2R

CL2 3R

NKT

XP2

N§K

XP1 Ng

K§

Sơ đồ này sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristor mắc theo sơ

đồ tia 3 pha song song ngược

Giới thiệu sơ đồ :

BA1,BA2:các máy biến áp tín hiệu dòng áp hồ quang

CL1,Cl2:các chỉnh lưu đi ốt

KN:khối không nhạy

KĐ: khối khuếch đại :khuếch đại tín hiệu điều khiển

NĐK:nguồn điều khiển ,đưa các tín hiệu điều khiển tới các khâu phát xungXP1, XP2 để điều chiỉnh góc mở tiristor

Ng: khối nguồn ,nguồn nuôi cho khối khuếch đại

Ta thấy rằng tốc độ động cơ được quyết định bởi hiệu số của tín hiệu ra khối KNvà tín hiệu phản hồi âm điện áp

Điốt ổn áp 4VD được đưa vào nhằm mục đích tạo chế độ rơ le trên đặc tính ( trên đoạn đặc tính động cơ quay theo chiều nâng điện cực)

Khi tín hiệu điện áp lấy trên BA1,BA2 tức là tín hiệu tỉ lệ với dòng điện

và điện áp hồ quang được đưa vào các bộ khuếch đại chỉnh lưu CL1,CL2

mà thay đổi ta có

Khi dòng hồ quang Ihq mà thay đổi (dòng điện hồ quang phía sơ cấp may biến áp lò) Dẫn đến các tín hiệu trên thay đổi theo (tăng) do dòng hồ quang tăng các tín hiệu này được đưa vào khối không nhạy và đưa sang

khối khuếch đại KĐ khối khuếch đại sẽ khuếch đại lên và đưa sang khối nguồn điều khiển NĐK.nguồn điều khiển sẽ tạo ra điện áp điều khiển đưa sang khối phát xung XP1và làm cho góc mở thay đổi dẫn đến làm điệp áp chỉnh lưu tăng và dẫn đến độngcơ quay thuận với tốc độ tăng dần và điện cực sẽ được nâng nên và dẫn đến dòng điện hồ quang lại dược điều chỉnh giảm dần về giá trị định mức thì động cơ sẽ ngừng quay.

Tương tự như trên khi dòng hồ quang giảm nhỏ hơn giá trị định mức lúc đó tín hiệu điều khiển ở khối nguồn điều khiển sẽ làm cho khối phát xung XP2 làm việc và động cơ sẽ được điều khiển quay theo chiều ngược lại dẫn đến điện cực hạ dần xuống và dẫn đến dòng hồ quang tăng dần đến giá trị định mức thì động cơ dừng

Khi xảy ra ngắn mạch làm việc thì khối nguồn điều khiển sẽ đưa ra mộttín hiệu điều khiển sang khối phát xung XP1 , và dẫn đến điện áp ra của bộchỉnh lưu là lớn nhất và tốc độ động cơ là lớn nhất do đó ngắn mạch làm việc sẽ bị loại trừ nhanh

Đặc tính tĩnh của hệ thống được mô tả dưới đây

ở vùng thay đổi nhỏ của dòng điện hồ quang thì tốc độ nâng tỷ lệ với số gia ∆Ihq%( đoạn a1 b1 ) ở vùng thay đổi lớn thì tốc độ nâng nhảy vọt.chế

độ rơ le đạt được nhờ ổn áp 4VD trong mạch phản hồi âm điện áp

-Vmax Vmax

Vcùc

- có thể loại trừ nhanh sự cố ngắn mạch làm việc và đứt hồ quang.khi đứt hồ quang lò có thể tự mồi lại

- Không tác động khi có sai lệch nhỏ do đó loại trừ được hiện tượng quáđiều chỉnh

- Sau khi sai lệch của dòng điện hồ quang tín hiệu sai lệch nhỏ hơn vùng không nhạy va dưới tác động của phản hồi sẽ xảy ra quá trình hãm điện

Nhược diểm:

- Giá thành cao,hơn nữa động cơ một chiều lại không được sử dụng phổbiến.hệ thống này chỉ thích hợp với những lò nấu luyện thép chất lượng cao Khi áp dụng cho các lò luyện mangan ,đất đèn, gang thì việc sử dụng

hệ thống trên là không cần thiết

Nhận xét chung:

Từ việc phân tích các sơ đồ trên ta thấy hệ truyền động MĐKĐ-Đ và hệ

T-Đ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu công nghệcủa lò hồ quang nhưng các hệ thống này lại có nhược điểm:

-Động cơ một chiều giá thành cao,sửa chữa bảo dưỡng khó khăn , tuổi thọ thấp

hơn nữa các hệ thống này còn phức tạp ,gây nhiều tiếng ồn và kồng kềnh Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật vi tính ,đặc biệt là kỹ thuật vi xử

lý tín hiệu cho phép giải quyết các thuật toán phức tạp điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha trong điều kiện thời gian thực với chất lượng điều khiển rất cao,điều đó đã dẫn tới xu hướng thay thế triệt để hệ truyền động 1 chiều bởi

hệ truyền động xoay chiều với mọi ưu thế do Ýt bảo dưỡng ,kích thước nhỏ ,tỷ lệ giá thành /công suất nhỏ ,dễ chế tạo và Ýt nguy hiểm trong môi trường

dễ cháy ,dễ nổ (do không có đánh lửa cổ góp điện )

Chính vì những lý do trên và yêu cầu của đề tài nên em chọn hệ truyền động xoay chiều và động cơ xoay chiều ở đây em chọn động cơ không đồng

+Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ

+Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện kháng động cơ

+Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp Trong các phương pháp điều chỉnh trên chỉ có phương pháp điều chỉnh tần số cho chất lượng tốt nhất , có thể điều chỉnh một cách tự động và vô cấp ở đây

em chọn phương pháp điều chỉnh tần số

Để điều chỉnh tần số cho chất lượng cao có 2 phương pháp :

+Điều chỉnh tần số theo quy luật u/f=const Việc điều chỉnh u/f=const đã gián tiếp làm cho từ thông rotor bằng hằng số

+Điều chỉnh tần số bằng phương pháp điều chế véc tơ không gian Phương

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp điều chế véc tơ không gian

PHẦN III ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG

CƠ XOAY CHIỀU BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

VÉC TƠ KHÔNG GIAN:

PHẦN III ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÉC TƠ KHÔNG GIAN:

I Véc tơ không gian của các đại lượng 3 pha.

1 Xây dựng véc tơ không gian.

ba pha bố trí nh sau

h2.1

Trong đó 3 dòng điện isa, i sb, i sc là 3 dòng chảy từ lưới qua đấu nối vào động

cơ Khi chạy động cơ bằng biến tần thì đó là 3 dòng ở đầu ra của biến tần, 3 dòng đó thoả mãn phương trình:

phức với trục thực đi qua cuộn dây a của động cơ ta có thể xây dựng véc tơ

không gian sau đây: is(t) =

3

2.[isa(t) + isb(t).ej120 + isc(t).ej240] = | is|.ej γ

(2.3)

pha γ = ωs(t) Trong đó ωs là tần số mạch stator Việc xây dựng véc tơ is(t)

được mô tả trong hình sau

Re

a b

cuén d©y pha b

cuén d©y pha c

j

h2.3 Biểu diễn dòng stator dưới dạng véc tơ không gian với các phần tử

is α, isβ , và thuộc hệ toạ độ stator cố định.

Dễ dàng nhận thấy rằng i sαvà i sβ là hai dòng hình sin do đó ta có thể

thế cho 3 cuộn dây a, b, c Hệ toạ độ này là hệ toạ độ stator cố định ta có:

2sc

sb s

sa s

i i i

i i

β

α

(2.4)

cuộn dây không nối đất ta chỉ cần đo 2 trong 3 dòng điện stator là đã có đầy

rotor ir, từ thông stator Ψs, từ thông rotor Ψr đều có thể biểu diễn bằng các

phần tử thuộc hệ toạ độ stator cố định

= Ψ

Ψ + Ψ

= Ψ

β α

β α

β α

β α

r r

r

s s s

r r r

s s s

s s s

j

ji i i

ju u

u

i i i

(2.5)

2 Chuyển hệ toạ độ cho véc tơ không gian.

thông stator

nằm lệch đi 1 góc ν *so với hệ xy

- Trên hệ xy : νxy =x+ jy

- Trên hệ x*y* :ν =x + jy

Từ hình vẽ và qua vài biến đổi ta có công thức chuyển đổi hệ toạ độ như sau:

νxy = ν * e j.ν* ⇒ ν * = νxy.e−j.ν* (2.6)

thể là một góc biến thiên với tốc độ góc

dt

d *

* ν

độ x*y* là hệ toạ độ quay tròn với tốc độ góc là ω * xung quanh gốc của hệ toạ

r

cuén d©y pha b

cuén d©y pha c

h2.5: Biểu diễn véc tơ không gian trên hệ toạ độ từ thông

dt

d

s s

ν

ω = 2 Π =

tần số fr dòng điện đó cũng có thể biểu diễn dưới dạng véc tơ ir với tốc độ góc

dq ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ toạ độ mới định nghĩa là một hệ toạ độ quay

mới là isd và isq

thêm hai chỉ số mới được viết bên phải trên cao: f thay cho hệ toạ độ dq và s thay cho hệ toạ độ α , β ta sẽ có:

s s

s s

s s

ji i i

ji i

s s

sq

s s

s s

sd

i i

i

i i

i

ν ν

ν ν

α β

α β

sin cos

.

cos sin

.

(2.9)

3 ~

§iÒu khiÓn biÕn tÇn biÕn tÇn

a b c

§C

h2.6

phần tử của véc tơ (isd, isq) là các đại lượng một chiều Trong chế độ vận hành xác lập các phần tử thậm chí có thể là không đổi Quá trình quá độ chúng có thể biến thiên theo một thuật toán đã định trước

Khó khăn thực tiễn của việc tính isdvà isq là việc xác định góc νs, trong

trường hợp động cơ đồng bộ góc đó được xác định dễ dàng bằng thiết bị đo tốc độ vòng quay (máy phát xung kèm vạch o, resolver) Trường hợp động cơ không đồng bộ góc νs được tạo nên bởi tốc độ góc ωs = ω + ωr , trong đó chỉ

có ω là có thể đo được ngược lại ωr = 2 Π f r với fr là tần số mạch rotor ta

một cách chính xác đó là cơ sở của hệ thống điều khiển / điều chỉnh kiểu tựa theo từ thông rotor (T4R)

Một cách tương tự nh đối với véc tơ dòng stator ta có thể biểu diễn tất cả cácvéc tơ còn lại trên hệ toạ độ dq

f r

sq sd

f s

rq rd

f r

sq sd

f s

j j

ji i i

ju u u

ψ ψ

ψ

ψ ψ

Ta thấy trong phương trỡnh rd rq

f

trong cỏc hệ truyền đó hoỏ số toàn phần dựng để điều khiển biến tần Khõu điều khiển biến tần là khõu ghộp nối quan trọng giữa thiết bị điều khiển / điều chỉnh bằng số với khõu chấp hành: biến tần / động cơ Trong hệ thống này sơ

đồ nguyờn lý của động cơ khụng đồng bộ 3 pha rotor lồng súc được nuụi bởi biến tần dựng van bỏn dẫn Thụng thường cỏc đụi van được vi xử lý vi tớnh điều khiển sao cho điện ỏp xoay chiều 3 pha với biờn độ cho trước, với tần số cũng như gúc pha cho trước được đặt lờn 3 cực của động cơ theo đỳng yờu cầu biến tần được nuụi bởi điện ỏp một chiều UMC :

U MC +

-a b c

Chùm xung kích thích do vi xử lý gửi đến

h2.7: Sơ đồ nguyờn lý của động cơ khụng đồng bộ rotor lồng súc nuụi bởi biến tần nguồn ỏp

Pha c 0 0 0 0 1 1 1 1

Bảng 1

tạo nên, ta xét kỹ một khả năng trong tám khả năng trên, ví dụ như khả năng thứ tư trong bảng 1 với sơ đồ nối dây như hình vẽ sau:

cuén d©y pha c

cuén d©y pha b

MC sc

sb

MC sa

U U U

U U

với khả năng thứ tư, ta dễ dàng xây dựng được véc tơ điện áp tương ứng cho

số thứ tự của bảng 1 Ở đây còn lưu ý đến hai trường hợp đặc biệt

U0: Cả ba pha đề nối với cực (-) của UMC

U7: Cả ba pha đề nối với cực (+) của UMC

cuËn d©y pha b

cuËn d©y pha c

h2.9

ta ghi nhớ rằng modul của tổng véc tơ đó luôn có giá trị =

góc pha bất kỳ

thể thành tổng của hai véc tơ UP, Ut tựa theo hai hướng của véc tơ chuẩn U1,

t: véc tơ biên trái

p: véc tơ biên phải

h2.10: Thực hiện véc tơ Us bất kỳ bằng 2 véc tơ chuẩn.

trong mét chu kỳ nào đó, giả thiết toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có Ých được phép dùng để thực hiện véc tơ khi này modul tối đa cũng không thể vượt quá

3

2 61

max

MC s

U U

U

+ Us là tổng véc tơ của 2 véc tơ biên Up, Ut : Us = Up + Ut

U2 (cho Ut) trong khoảng thời gian sau:

U

U T

tơ biên trái Ut Xuất phát điểm để tính modul của véc tơ Us là do khâu điều chỉnh dòng yêu cầu

gian còn lại T – (Tp + Tt) biến tần sẽ thực hiện 1 trong 2 véc tơ có modul = 0,

T

T T T U U U T

T U T

T U U U

+

= +

+

Đến đây ta phải xem xét trình tự thực hiện 3 véc tơ U1, U2, U7 (U0) Ta

có bảng xung mẫu của 4 véc tơ trên nh bảng 1 Thông qua bảng xung mẫu ta thấy trình tự sẽ là có lợi nhất nếu trong mét chu kỳ các cặp van phải chuyển mạch Ýt nhất Cụ thể ở đây các cặp van sẽ phải chuyển mạch một lần

U1 →U2 →U7

U2 →U1 →U0

Bằng cách thực hiện nh vậy ta sẽ gây tổn hao đóng cắt các van của biếntần ở mức thấp nhất Nếu ta vẽ ghép tượng trưng 2 chu kỳ nối tiếp nhau thuộc

T p T t T 7 T t T p T 0

T x /2 T x /2

h2.11