THIẾT kế TRANG bị điện tự ĐỘNG HOÁ CHO hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG hạ điện cực lò hồ QUANG

Giáo viên hướng dẫn : T.S Trần Xuân Minh Sinh viên thiết kế : Nguyễn Đình Hoàng Lớp : K45.TĐH02 Ngày giao đề tài : Ngày hoàn thành : PHẦN I Giới thiệu công nghệ lò hồ quang và đặc điể

Giáo viên hướng dẫn : T.S Trần Xuân Minh

Sinh viên thiết kế : Nguyễn Đình Hoàng

Lớp : K45.TĐH02

Ngày giao đề tài :

Ngày hoàn thành :

PHẦN I Giới thiệu công nghệ lò hồ quang và đặc điểm yêu cầu của hệ thống

truyền động nâng hạ điện cực của lò

1: GIỚI THIỆU CHUNG

( 3 - 4 ) h

3 MẠCH ĐIỆN CHÍNH LÒ HỒ QUANG

I Giới thiệu chung về sơ đồ:

V TU

3 

 6 

 10 KV

CL 1MC

§KBV

W 1TI

Y/

2TI

II Máy biến áp lò

IV Mạch ngắn

4 ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT LÒ - YÊU CẦU

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

I Yêu cầu về điểu chỉnh công suất và ổn định công suất HQ

II Điều chỉnh công suất hồ quang

- Điều chỉnh có cấp bằng cách thay đổi có cấp điện áp bên cuộn thứ cấp máy BAL nhờ việc thayđổi điểm đấu phân áp hoặc cách đấu dây cuộn sơ cấp

- Điều chỉnh trơn hoặc bằng cách thay đổi chiều dài HQ (khoảng cách từ bề mặt điện cực đến kim loaị) nhờ hệ thống truyền động dịch chuyển điện cực

III Ổn định công suất

Ổn định chiều dài HQ nhờ hệ truyền động dịch điều cực

5 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG DỊCH

ĐIỆN CỰC LÒ HQ NUNG NÓNG TRỰC TIẾP CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỐNG CHẾ HỆ THỐNG TĐĐ

1 Đủ độ nhạy để đảm bảo sự làm việc của lò duy trì được dòng điện HQ không sailệch khoảng (45)% giá trị đặt và có 1 vùng không nhạy phù hợp, ở giai đoạn đầu:

(36)%, giai đoạn 2: 2%

2 Tác động nhanh, loại trừ ngắn mạch làm vỉa và đứt HQ với thời gian từ (1,53)s

3 Thời gian điều chỉnh nhỏ

4 Hạn chế đều mức tối đa dịch điện cực không cần thiết đặc biệt đối với lò HQ nhiềupha, hệ thống truyền động của điện cực phải độc lập

5 Có khả năng điều chỉnh trơn công suất HQ từ (20 - 125%) công suất định mức vớisai số không được quá 5%

6 Có thể chuyển đổi nhanh chế độ điều khiển từ tự động sang bằng tay và ngược lại

7 Tự mồi HQ khi bắt đầu làm việc và khi đang làm việc xảy ra mất HQ hoặc ngắnmạch

8 Dừng tất cả các điện cực khi mất điện lưới

II Các phương pháp khống chế hệ truyền động dịch điện cực

- Duy trì điện áp HQ không đổi: Uhq = const

- Duy trì dòng điện HQ không đổi: Ihq = const

- Duy trì tổng trở HQ không đổi: Zhq = const

Phần II

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC

LÒ HỒ QUANG

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Trong phần II của đồ án, em thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động dịch điện cực

lò hồ quang Trong đó, thiết kế mạch lực, mạch điều khiển, ngoài ra do yêu cầu công nghệ của lò

HQ ta phải thiết kế thêm mạch tạo luật điều khiển và mạch tổng hợp tín hiệu

Trong phần thiết kế mạch lực phải đảm bảo các yêu cầu thiết kế sau :

1 Chọn động cơ truyền động và phương pháp điều chỉnh tốc độ

2 Chọn loại bộ biến đổi

3 Chọn sơ đồ bộ biến đổi

4 Chọn phương pháp đảo chiều động cơ

5 Chọn phương pháp điều khiển bộ biến đổi

Trong phần thiết kế mạch điều khiển có các yêu cầu sau :

1 Chọn loại phản hồi

2 Thiết kế mạch phát xung điều khiển

3 Nêu nguyên lý hoạt động của một kênh phát xung

4 Thiết kế bộ tổng hợp và khuyếch đại trung gian

5 Thiết kế nguồn nuôi

2 SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG MỘT PHA KHỐNG CHẾ

DỊCH ĐIỆN CỰC HỒ QUANG

Một hệ điều chỉnh công suất tự động lò HQ có sơ đồ chức năng đơn giản nh hình 2.1

4

51'

1

3

6

Hình 2.1- Sơ đồ chức năng hệ điều chỉnh công suất lò HQ

3 SỰ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

I Giới thiệu chung

Trong khuôn khổ một đồ án tốt nghiệp chuyên ngành điện tự động hoá, em đi sâu vàonghiên cứu, lựa chọn phương án truyền động sử dụng hệ thống điện Dưới đây là 2 phương pháptruyền động dịch điện cực bằng điện là hệ thống truyền động dùng máy điện khuyếch đại và hệthống truyền động dùng Thysistor

II Phân tích một số phương án truyền động

1 Điều khiển dịch điện cực lò HQ dùng hệ MĐKĐ - Đ (Máy điện khuyếch đại từ trườngngang - Động cơ một chiều kích từ độc lập)

a Giới thiệu sơ đồ

MĐKĐ: Mỏy điện khuyếch đại từ trường ngang dựng để cung cấp điện ỏp cho động cơCB: Cuộn bự của MĐKĐ.

8R: Điệu trở điều chỉnh mức độ bự

CĐC1: Cuộn dõy kớch từ được đặt tớn hiệu chủ đạo khi làm việc ở chế độ tự động

cơ cấu truyền

động điện lực điện lực

Nồi lò

2CL

2R 1K

2K CC 2CD

3 4 NH 12 11

CĐC2

9 10

1 2 N

7 8 4R

TĐ

CĐC1

5 6 TĐ

5R

RD 3R RD

RA RTh

RTh CKĐ 9R

Đ

+ _HN _ +

RA MĐKĐ

CB

8R 4CL

3CL 7R

10R

CFA 1CL

1BA

1R

1CD BD

Hỡnh 2.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống nõng hạ điện cực lũ HQ dựng hệ MĐKĐ-Đ

CĐC2: Cuộn điều chỉnh 2 là cuộn dây kích thích được đặt tín hiệu chủ đạo trong chế độ làm việc bằng tay.

CFA: Cuộn phản hồi âm áp, sử dụng làm nhiệm vụ phản hồi âm áp mạch phần ứng độngcơ

* Mạch khống chế

………

b Nguyên lý làm việc

* Loại trừ ngắn mạch làm việc

* Tự động mồi HQ khi mất điện hoặc khi bắt đâùy khởi động lò

* Điều chỉnh công suất lò nhờ tác động vào hệ thống truyền động dịch điện cực

2 Hệ thống truyền động điện dùng hệ T - Đ

a Giới thiệu sơ đồ hệ thống truyền động điện

1r4vd

3vd

m4r

ktm

nktt

baa

380

+ c2

-r6

2r

c33r

ndk

XP2

Hình 2- 3 : Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang bằng hệ thống T - Đ

b Giới thiệu sơ đồ hệ thống truyền động điện

* Phần mạch lực

b Hoạt động của sơ đồ

* Khi lũ làm việc bỡnh thường

c Đặc tớnh tớnh của động cơ dịch cực

V

+U max

max _U

3 Nhận xét, lựa chọn phương án

So với hệ truyền động MĐKĐ - Đ thì hệ truyền động dùng Thysistor có nhiều ưu điểm hơn Sơ

đồ điều khiển dùng Thysistor có độ tác động nhanh, có thể bỏ qua quán tính của bộ biến đổi Bộđiều chỉnh công suất lò HQ bằng Thysistor là có triển vọng nhất Nó thoả mãn các yêu cầu đề ra

và chỉ thua kém hệ thuỷ lực về sự tác động nhanh Sơ đồ này có thể giảm tiếng ồn, không yêucầu nền móng phức tạp, gọn nhẹ hơn, cải thiện chất lượng hệ thống, tổng hợp được nhiều tínhiệu do vậy có thể tự động hoá ở mức cao Hệ số khuyếch đại của hệ T - Đ lớn hơn nhiều so với

hệ thống dùng máy điện khuếch đại

Sức điện động đầu ra của bộ biến đổi có dạng đáp mạch vì nó có thành phần sóng hài bậccao và điều này gây ra tổn thất Hệ thống van bán dẫn chịu quá tải kém, hệ số cos ϕ rất thấpnhất là khi điều chỉnh sâu gây méo điện áp lưới

Từ các nhận xét trên ta chọn vùng hệ T - Đ để dịch cực lò HQ vì hệ thống này đảm bảo

nêu ưu nhược điểm của các loại động cơ trên

sau đó chọn loại động cơ một chiều kích từ độc lập

2 Lựa chọn các phương án

a Chọn sơ đồ bộ biến đổi

* Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha:

c i

i T1

2 T

* Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu:

Hình 2.7 là sơ đồ nguyên lý bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

Chỉnh lưu cầu 3 pha gồm 6 Thysistor chia làm nhóm:

- Nhóm Katot chung: T1, T3, T5

- Nhóm Anot chung: T2, T4, T6

b Lựa chọn phương án đảo chiều

Để đảm bảo cho động cơ điện một chiều có 2 hướng là đảo chiều dòng kích từ và đảochiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Sơ đồ hình cầu cho ta dạng điện áp và dòng điện chỉnh lưu với độ nhấp nhô nhỏ hơn Tuynhiên, việc điều khiển đóng mở các van trong sơ đồ hình cầu phức tạp hơn nhiều sơ đồ hình tia

Căn cứ vào các yêu cầu về điện áp và công suất động cơ ta chọn bộ chỉnh lưu hình tia 3pha mắc song song ngược để cung cấp điện áp 1 chiều cho động cơ truyền động

H.2.7: Sơ đồ nguyên lý cầu 3 pha

m

ck

ckt ba

T3 1

6

4 T

c Lựa chọn phương án điều khiển 2 bộ chỉnh lưu

Để điều khiển 2 bộ biến đổi làm việc song song ngược có 2 phương pháp

- Điều khiển độc lập (điều khiển riêng)

- Điều khiển phối hợp (điều khiển chung)

* Điều khiển độc lập

* Điều khiển chung

Trong phương pháp này gồm có:

- Điều khiển phối hợp tuyến tính

- Điều khiển phối hợp phi tuyến

* Nhận xét

Từ những phân tích ở trên ta thấy phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính có thể áp ứng yêucầu truyền động dịch cực lò HQ nên chọn phương pháp này là phương pháp điều khiển 2 bộchỉnh lưu

2 Sơ đồ mạch động lực

a Sơ đồ:

r

C c

c r r

b Chức năng của các phần tử trong sơ đồ

c Nguyên lí làm việc của mạch động lực

II.Thiết kế mạch điều khiển.

1 MẠCH PHÁT XUNG

* Khái niệm mạch phát xung

Mạch phát xung phải đảm bảo các xung có đủ độ lớn, độ rộng, các góc pha thích hợp gửiđến các nhóm van chỉnh lưu và nghịch lưu theo quan hệ 1 + 2 = π

Trong đó 1 là góc mở của bộ chỉnh lưu thuận (bộ 1), 2 là góc mở của bộ nghịch lưu

Mạch phát xung theo nguyên tắc đồng bộ, nghĩa là xung được tạo ra đồng bộ với nửa chu kỳdương của điện áp đồng bộ UAK của Thysistor, Để điều khiển góc mở cho bộ biến đổi hình tia 3

H×nh 2.11.a

đko đk1

pha có đảo chiều dùng 3 kênh phát xung Mỗi kênh có một lối ra để điều khiển van chỉnh lưu vàmột lối ra điều khiển van nghịch lưu

* Sơ đồ khối của mạch như sau:

* Sơ đồ khối của mạch nh sau:

Điện áp xoay chiều Uđb lấy từ máy biến áp đồng bộ, các xung đồng bộ qua khâu dịch pha

có dạng chữ nhật Mụch đích là tạo điện áp răng cưa không phụ thuộc vào biên độ điện áp lưới.Điện áp răng cưa so sánh với điện áp chủ đạo để tạo góc mở  và được khuyếch đại đủ công suất

để đưa tới mạch động lực để điều khiển các Thysistor Để thực hiện được quan hệ: 1 +2 =

π với một điện áp răng cưa t phải phối hợp các điện áp điều khiển Uđk1 và Uđk2 theo quan hệ:

Uđk1 + Uđk2 = Urcmax

Với Urcmax là biên độ cực đại

của điện áp răng cưa

Thật vậy, giả sử điện áp răng cưa, điện áp điều khiển Uđk1, Uđk2 với các góc mở 1, 2 sao cho 1

+ 2 = π

Xét 2 tam giác OAB và O’A’B’ ta thấy bằng nhau và A’B’=AB = Uđk1

Uđk2 = B’C = A’C -A’B =Urcmax - Uđk1 do đó Uđk1 + Uđk2 =Urcmax

M¹ch

so s¸nh

U®k

Nếu coi Uđk1 = Uđk đưa từ mạch tổng hợp tín hiệu thì cần tạo Uđk2 sao cho:

II Mạch tạo luật điều khiển

1 Mạch khuyếch đại đảo (đảo tín hiệu)

R4 R5 R6

b Mạch chỉnh lưu nửa sóng phần tư thứ hai

Sơ đồ nguyên lý và đặc tuyến vào như sau:

R 0

A1

D1 D2

U r (II)

H×nh 2 - 32

D2

R4

A2 D1 + -

-U cc

R 02 +U cc

R 14

R 16

R 15

IC 15 - +

R 19

R 0 -U cc

+

-R 9

Ur

WR +U cc

C 2

a.Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ như hình 2.34

b.Nguyên lý làm việc

1.Mạch chỉnh lưu chính xác toàn sóng

Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy:

Hai phần tử A1 và A2 đóng vai trò mạch chỉnh lưu chính xác toàn sóng với A1 kết hợpvới R1, R3, D1, D2 tạo thành mạch chỉnh lưu chính xác không bão hoà góc phần tư thứ hai A2kết hợp với R2, R4, R5 tạo nên mạch đảo cộng tín hiệu

D1

D2

+A

-R10+

-UccWR+Ucc

R11

C2Uv

IV Mạch phản hồi điện áp

K1R1R

+

A4H×nh 2 - 37

-VI.Vi mạch đặt điện áp

0R

0R

0R

1R

1R

1R

1

R T1

2R

2R2

T

2R

R

2R

3T

RW

3 A

dU

3R

1 A

1RIhq

A

D

5T

6T

4T

_ +

_ + A2

_ +

BA

H×nh 2.38

1 Mạch cấp nguồn chuẩn

K R T 1

K

KK

R4

0

R1 T 4

2

R3

1

T

2RR2

R2 +U cc

D

1D+Ucc

+Ucc

+Ucc

C1

C

B

2V

V4V

3

Hình 2.46- Sơ đồ mạch khuyếch đại trung gian

R 1

R 2

3 R

-UN

_ +

_ +

V Khâu tổng hợp tín hiệu trung gian.

VI Khối phản hồi âm dòng điện

+U -U WR

BTh R3.21

VIII Nguån nu«i cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn:

R

TIz

CB

A

4RR7

6

R10

RA2

RC

R3

C12R

1

R

RR5

4142Hình 2.46b

I.Bảo vệ quá dòng điện

Gồm có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải Ngắn mạch gồm các trường hợp ngắn mạchtrên tải, ngắn mạch do chọc thủng các van Để giảm độ lớn dòng ngắn mạch người ta còn phảicắt xung điều khiển khi xảy ra ngắn mạch Bảo vệ ngắn mạch bằng các cầu chì

II.Bảo vệ quá điện áp

Để bảo vệ quá điện áp người ta dùng mạch R-C đấu song song với Thysistor R-C nhằm

để bảo vệ quá điện

áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên Thông số R-C phụ thuộc vào mức độđiện áp gây nên, tốc độ biến thiên của dòng chuyển mạch

III Thiết kế máy MBA chỉnh lưu.

IV IV Chọn cuộn kháng.

V V Tính chọn mạch R_C bảo vệ cho Thysistor.

2 TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I Tính mạch khuyếch đại xung.

II Tính chọn khâu so sánh.

III Thiết kế biến áp xung.

IV Chọn các cổng NAND và AND.

V Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa.

VI Tính chọn khâu đồng bộ hoá.

VII Tính chọn khâu sửa xung.

3 TÍNH HỆ SỐ KHUYẾCH ĐẠI CỦA TOÀN HỆ THỐNG.

I Xây dựng quan hệ: U d = f().

II Xây dựng đặc tính quan hệ: U đk = f()

IV Tính hệ số khuyếch đại của động cơ

V Tính hệ số khuyếch đại của toàn hệ thống.

-Trạng thái tĩnh yêu cầu quan trọng nhất là độ chính xác điều chỉnh

-Trạng thái động các yêu cầu về độ ổn định và các chỉ tiều về chất lượng động nh:

+Độ quá điều chỉnh

Khi đó với bài toán tổng hợp và xét ổn định của hệ thống thì chỉ cần xét hệ T - Đ khôngđảo chiều, ở đây dùng phương pháp mođun tối ưu để tổng hợp Xét ổn định và hiệu chỉnh hệthống Nội dung của phương pháp này nh sau:

Giả sử hàm truyền của hệ thống hở là Wh(p) Tìm khâu hiệu chỉnh Whc(p) sao cho hàmtruyền hệ thống kín WK(p) với phản hồi đơn vị (-1) nh hình vẽ:

I (p) 1

R ( 1+ T P )

K T

§ R

M P

2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ

K

Uv (P)

Wi (P) (-)

I (p) 1

R ( 1+ T P )

K T