đề tài tốt nghiệp lò hồ quang

Hình 1- 3 là một ví dụ về tiêu thụ công suất hữu công của một lò HQ nấu thép dung lợng 100T trong các giai đoạn nấu luyện. i.4 - yêu cầu về trang bị điện cho lò hồ quang Các lò HQ nấu l

Lời nói đầu

Công nghiệp luyện kim là một ngành quan trọng trong công nghiệp nặng của một quốc gia Là ngành tạo ra nguyên liệu cho cơ khí chế tạo, vật liệu xây dựng v.v

Việc cung cấp, trang bị trang bị điện cho ngành luyện kim luôn là một vấn

đề lớn Các trang thiết bị luyện kim càng hiện đại thì chất lợng sản phẩm càng cao, đáp ứng đợc nhu cầu cho các ngành sản xuất khác về chất lợng nguyên liệu Trong tiến trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc, tự động hoá các dây truyền sản xuất đang là một trong những mục tiêu hàng đầu Nó cho phép nâng cao năng suất, chất lợng, giảm giá thành sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc cho ngời lao động

Trong quá trình thực tập và tìm hiểu các trang thiết bị luyện kim của công ty gang thép em thấy lò hồ quang là một đối tợng phù hợp với khả năng của mình Vì vậy sau khi đợc sự đồng ý của giáo viên hớng dẫn em đợc giao nhiệm vụ nghiên cứu đề tài tốt nghiệp về lò hồ quang

Đề tài đợc hoàn thành gồm các chơng:

Chơng I: Những vấn đề chung về lò hồ quang.

Chơng II: Thiết kế hệ thống nâng hạ điện cực lò hồ quang.

Chơng III: Tính chọn thiết bị trong hệ thống

Chơng IV: Nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Kèm theo bản thuyết minh là sơ đồ nguyên lý, sơ đồ cung cấp điện của hệ thống

Bản đồ án này đợc hoàn thành với sự hớng dẫn của thày giáo Nguyễn Văn

Vỵ và các thày cô giáo trong Bộ môn tự động hoá - Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp và các bạn bè đồng nghiệp

Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm thực tế nên trong đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong đợc sự chỉ bảo góp ý thêm để có thể hiểu đợc sâu về đề tài này Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Lu Tuấn Lợi

Mục lục

CHơng I

Những vấn đề chung về lò hồ quang

 I.1 - KHái niệm chung.

 i.2 - sơ đồ trang bị điện cho lò hồ quang 07

 i.3 - đặc điểm và chế độ làm việc của lò hồ quang 13

 i.4 - yêu cầu về trang bị điện cho lò hồ quang 15

CHơng II

Thiết kế hệ thống nâng hạ điện cực lò hồ quang

 Ii.1 - Sơ đồ khống chế 1 pha dịch cực lò hồ quang 19

 II.2 - Chọn phơng án truyền động.

 II.2.1 - Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng máy điện

khuyếch đại từ trờng ngang

 II.2.2 - Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang bằng hệ thống tiristor và động cơ. 24

 II.3 - thiết kế mach động lực

 II.4 - thiết kế mach điều khiển

 II.4.1.1 Khái niệm mạch phát xung.

 II.4.1.2.1 Khâu đồng bộ hoá

 II.4.1.2.5 - Khâu khuyếch đại xung 44

 II.4.2.1 Máy biến dòng

 II.4.2.2 Khâu đặt tín hiệu và chỉ thị

 II.4.2.3 Khâu lấy tín hiệu dòng điện lò hồ quang.

49

 II.4.2.6.A - Sơ đồ mạch:

 II.4.2.6.B - Nguyên lý làm việc:

 II.4.2.7.B - Khâu tạo chế độ rơle:

 II.4.2.7.C - Khâu hạn chế tốc độ hạ cực đại: 55

 II.4.2.7.D - Khâu tự động điều chỉnh khi xảy ra ngắn mạch: 56II.4.2.7.E - Khâu khống chế các vị trí cực hạn của điện cực và chuyển đổi chế độ làm việc bằng tay sang tự động và ngợc lại : 57

 III.2.5 - Tính chọn mạch R-C bảo vệ cho tirisstor.

 III.3 - tính chọn mạch điều khiển. 74

 III.3.1 - Tính chọn bộ khuyếch đại cuối cùng:

 III.3.2 - Tính chọn khâu so sánh:

 III.2.3- Tính chọn máy biến áp xung

 III.2.4 - Chọn các cổng NAND và AND

 III.2.5 - Tính chọn khâu tạo điện áp răng ca đồng pha

 III.2.6 - Biên độ của điện áp đồng bộ

 III.2.7 Chọn linh kiện khâu đồng bộ hoá

 III.2.8 - Khâu sửa xung

 III.4 - tính hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi. 79

 III.4.1 - Xây dựng quan hệ: Ud =f(α)

 III.4.2 - Xây dựng đặc tính quan hệ: Uđk=f(α)

 III.4.3 - Xây dựng quan hệ: Ud =f(Uđk)

CHơng IV

Nguyên lý làm việc của hệ thống

IV.2 - mạch điều khiển.

CHơng INhững vấn đề chung về lò hồ quang

 I.1 - KHái niệm chung

 I.1.1 - Khái niệm.

Lò hồ quang (HQ) là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa HQ giữa các điện cực hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại Lò điện HQ dùng để nấu thép hợp kim chất lợng cao

 I.1.2 - Phân loại.

Theo dòng điện sử dụng, lò HQ đợc chia thành:

- Lò HQ một chiều;

- Lò HQ xoay chiều

Theo cách cháy của ngọn lửa HQ, lò HQ chia ra:

- Lò nung nóng gián tiếp: nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa 2 điện cực (graphit, than) đợc dùng để nấu chảy kim loại (hình 1-1a)

- Lò nung nóng trực tiếp: nhiệt của ngọn lửa HQ xẩy ra giữa điện cực và kim loại dùng để nấu chảy kim loại (hình 1-1b)

Theo đặc điểm chất liệu vào lò, lò HQ đợc phân thành:

- Lò chất liệu (liệu rắn, kim loại vụn) bên sờn bằng phơng pháp thủ công hay máy móc (máy chất liệu, máy trục có máng) qua cửa lò

- Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu Loại lò này có cơ cấu nâng vòm nóc

I.1.3 - Kết cấu chung

4- Cơ cấu nghiêng lò, truyền động bằng điện hay thuỷ lực

5- Phần dẫn điện từ biến áp lò tới lò

Ngoài ra, đối với lò HQ nạp liệu từ trên cao, còn có cơ cấu nâng, quay vòm

lò, cơ cấu rót kim loại cũng nh gầu nạp liệu

Trong các lò HQ có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh lệch nhiệt độ theo độ cao (khoảng 100oC/m) Trong điều kiện đó, để tăng cờng phản ứng của kim loại (với xỉ) và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại trớc khi rót, cần phải khuấy trộn kim loại lỏng ở các lò dung lợng nhỏ (dới 6T) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí Với lò dung lợng trung bình (12 ữ 50T) và đặc biệt lớn (100T) và hơn) thì thực hiện bảng thiết bị khuấy trộn để không những giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao đợc chất lợng của kim loại nấu

Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thờng là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc tơng tự động cơ không đồng bộ rotor ngắn mạch Từ trờng chạy tạo ra ở lò

có đáy phi kim loại nhờ hai cuộn dây (stator) dòng xoay chiều tần số 0,5 ữ

1,0Hz lệch pha nhau 90o Do từ trờng này mà kim loại có lực điện từ dọc trục lò Khi đổi nối dòng trong các cuộn dây, có thể thay đổi hớng chuyển động của kim loại trong nối theo hớng ngợc lại

 I.1.4 - Các thống số quan trọng của lò hồ quang

- Dung lợng định mức của lò: Số tấn kim loại lỏng trong một mẻ nấu

- Công suất định mức của biến áp lò: ảnh hởng quyết định tới thời gian nấu luyện, nghĩa là tới năng suất lò

Theo mức độ công suất tác dụng của biến áp trong giai đoạn nấu chảy đối với 1T kim loại lỏng, lò HQ còn chia ra: lò có công suất bình thờng, cao và siêu cao

Cuối cùng, về cấu trúc, lò HQ công suất cao và siêu cao còn có hệ làm mát bằng nớc qua vỏ lò

 i.2 - sơ đồ trang bị điện cho lò hồ quang

Điện cấp cho lò là HQ lấy từ trạm biến áp lò Điện áp vào là 6, 10, 35 hay

110 KV là tuỳ theo công suất lò (Hình 1-2)

CL1MC

Sơ đồ các thiết bị chính sau: Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạch

động lực của lò với lới khi cần thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa Máy cắt 1MC dùng

để bảo vệ lò HQ khỏi ngắn mạch sự cố Nó đợc chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc Máy cắt 1MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lực dới tải Cuộn kháng K dùng hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định sự cháy của HQ Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ra ngắn mạch làm việc Lúc ngắn mạch làm việc, máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng K tham gia vào mạch, hạn chế dòng ngắn mạch Khi liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện,

2 MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất

lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại mở ra để đa cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất cấp cho lò Với những lò HQ công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K Việc ổn định HQ và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm

Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp Việc đổi nối cuộn sơ cấp thành hình ∆ hay hình thực hiện nhờ các máy cắt 3MC, 4MC Cuộn thứ cấp của BAL nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn “MN” không phân nhánh không có mối hàn

Phía sơ cấp BAL có đặt rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuộn ngắt máy cắt 1MC Rơle này có duy trì thời gian Thời gian duy trì này giảm khi bội

số quá tải dòng tăng Nhờ vậy, 1MC ngắt mạch lực của lò HQ chỉ khi có ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý đợc Với ngắn mạch làm việc trong một thời gian tơng đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà chỉ

có tín hiệu đèn và chuông Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lờng, kiểm tra nh: Vonkế ampe kế, công tơ điện, pha kế v.v Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế đo dòng hồ quang, cuộn dòng điện của bộ

điều chỉnh tự động và rơle dòng điện cực đại Dòng tác động và thời gian duy trì của rơle dòng đợc chọn sao cho khi có ngắn mạch thời gian ngắn, bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian duy trì của rơle Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác (trong khối ĐKBV) cũng đợc nối với máy biến áp

điện TU và các máy biến dòng 1TI, 2TI

Máy biến áp lò BAL

Máy BAL dùng cho lò HQ phải làm việc trong các điều kiện đặc biệt nặng

- Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dới tải trong một giới hạn rộng

- Phải làm mát tốt vì dòng lớn, hay có ngắn mạch và vì biến áp đặt ở nơi kín lại gần lò

Công suất BAL có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn

Nếu coi rằng, trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất năng lợng trong lò HQ, trong BAL và cuộn kháng L đợc bù trừ bởi năng lợng của phản ứng toả nhiệt thì công suất BAL có thể xác định bởi biểu thức:

W

SBAL =  [k VA]

tncksd cosϕ

Trong đó: tnc - Thời gian nấu chảy (trừ lúc dừng lò) (h);

k - Hệ số sử dụng công suất BAL trong giai đoạn nấu chảy;

Cosϕ - Hệ số công suất của thiết bị lò HQ;

W - năng lợng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy

và dừng lò giữa hai mẻ nấu (kW-h)

W = w GTrong đó: G- khối lợng kim loại nấu, (T);

w- suất chi phí điện năng để nấu chảy, (kWh/T)

Suất chi phí điện năng giảm đối với lò có dung lợng lớn

Thờng W = (400 ữ 600 ), kW-h/T

Thời gian nấu chảy đợc tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu đến khi kết thúc việc nấu chảy Thờng thì thời gian này từ 1ữ3h tuỳ dung lợng lò

Hệ số sử dụng công suất BAL thờng là 0,8 ữ 0,9 gây ra do sử dụng không

đầy đủ công suất BAL, do biến động các thông số của lò, do hệ tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha v.v

Hiện nay, công suất BAL ngày càng có xu hớng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm suất chi phí năng lợng do hạ tổn hao nhiệt

Cuộn thứ cấp BAL thờng nối ∆ vì dòng ngắn mạch đợc phân ra hai pha và

nh vậy đièu kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn Máy BAL thờng phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thờng chế tạo to, nặng hơn các máy biến áp động lực cùng công suất

đạt tới 70% toàn bộ tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò HQ Do vậy, yêu cầu cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến áp lò phải đạt rất gần lò) để giảm bớt tổn hao, đồng thời đợc phép từ các tấm đồng lá thành các thanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống theo các điện cực Ngoài ra, mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng rmn và xmn giữa các pha để có các thông số điện (công suất, điện áp, dòng) nh nhau của các HQ Khi 3 pha mạch ngắn phân bố

đối xứng thì hỗ cảm giữa 2 pha bất kỳ sẽ bằng nhau và s.đ.đ hỗ cảm bằng 0 Tr ờng hợp nếu khoảng cách giữa các pha không nh nhau, hỗ cảm giữa các pha sẽ khác nhau Trong một pha nào đó sẽ xuất hiện s.đ.đ phụ ngợc chiều dòng điện trong pha đó và tạo ra một sụt pháp phụ trên điện trở thuần pha đó Kết quả là pha này nh thể tăng điện trở tác dụng, gây ra một tổn hao công suất phụ và công suất HQ của pha này sẽ giảm so với pha khác Đồng thời, ở một pha khác, s.đ.đ phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng nh bị giảm và công suất HQ pha này tăng lên Hiện tợng trên gây ra sự mất đối xứng về điện áp giữa các HQ, 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 xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn

-Chống hiện tợng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình học và về mặt điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặt ở 3 đỉnh một tam giác đều Với lò dung lợng dới 10T thì mạch ngắn thờng đợc nối theo sơ đồ ∆ Thiếu sót của cách này là sự không đối xứng của các dây dẫn chuyển dòng tới các điện cực không đợc bù trừ Với các lò dung lợng lớn, mạch ngắn thờng đợc nối ∆ ở các

điện cực

Hai bên mối cần giữ điện cực có đạt 2 dây dẫn dòng pha cách điện nhau ở sơ

đồ này thì 2 pha có các dây dẫn dòng từ đấu đầu và đấu cuối tới 2 điện cực kề sát nhau, tạo ra hệ 2 dây, còn pha thứ 3 dẫn dòng tới 2 cần giữ ngoài cùng sẽ không

có tính chất của hệ 2 dây Tính không đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều nhng cha hoàn toàn Ngời ta thực hiện dẫn dòng hệ 2 dây cho cả 3 pha nhờ thêm

cần phụ, mang dây đấu cuối pha 3 tới điện cực 1 vòng qua điện cực 3 Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 đợc dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học Cách này giảm tính không đối xứng của mạch ngắn xuống đến mức tối thiểu (Tham khảo sách Trang bị điện).

 i.3 - đặc điểm và chế độ làm việc của lò hồ quang

Chu trình làm việc của lò HQ gồm 3 giai đoạn với các đặc điểm công nghệ sau:

1- Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại

Trong giai doạn này, lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếm khoảng 60 ữ 80% năng lợng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm 50 ữ

60% toàn bộ thời gian một chu trình

Để đảm bảo công suất nấu chảy, ngọn lửa HQ 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 HQ, điện cực phải đợc điều chỉnh gần vào kim loại Lúc đó, dễ xảy ra hiện tợng 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 nhng lại hay xảy ra nên các thiết bị điện trong mạch động lực thờng phải làm việc ở điều kiện nặng nề Đây là đặc điểm nổi bật cần lu ý khi tính toán và chọn thiết bị cho lò HQ

Ngắn mạch làm việc cũng có thể gây ra do sụt lở các thành của hố bao quanh đầu điện cực tạo ra ở trọng liệu Rồi sự nóng chảy của các mẩu liệu cũng

có thể phá huỷ ngọn lửa HQ do tăng chiều dài ngọn lửa Lúc đó phải tiến hành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuống cho chạm kim loại rồi nâng lên, tạo HQ

Trong giai đoạn này số lần ngắn mạch làm việc có thể tới 100 hoặc hơn Mỗi 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 ngắn mạch làm việc là 2 ữ

3s

Tóm lại giai đoạn nấu chảy là giai đoạn HQ cháy kém ổn định nhất, công suất nhiệt của HQ dao động mạnh và ngọn lửa HQ rất ngắn, thờng từ vài mm đến

10 ữ 15mm

2 Giai đoạn ôxy hoá và hoàn nguyên

Đây là giai đoạn khử C của kim loại đến một giới hạn nhất định tuỳ theo yêu cầu công nghệ, khử P và S, khử khí trong gang rồi tinh luyện Sự cháy hoàn toàn cácbon gây sôi mạnh kim loại ở giai đoạn này, công suất nhiệt yêu cầu về cơ bản là để bù lại các tổn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60 % công suất nhiệt của giai đoạn 1 Hồ quang cũng cần duy trì ổn định

Hình 1-3: Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò HQ 100T

Trớc khi thép ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử ôxy, 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 lợng tơng đối ổn định và chiều dài ngọn lửa H’Q khoảng vài chục milimét

3- Giai đoạn phụ

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

Hình 1- 3 là một ví dụ về tiêu thụ công suất hữu công của một lò HQ nấu thép dung lợng 100T trong các giai đoạn nấu luyện.

 i.4 - yêu cầu về trang bị điện cho lò hồ quang

Các lò HQ nấu luyện kim loại đều có các bộ điều chỉnh tự động việc dịch

điện cực vì nó cho phép giảm thời gian nấu luyện, nâng cao năng suất lò, giảm suất chi phí năng lợng, giảm thấm các bon cho kim loại, nâng cao chất lợng thép, giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều kiện lao động, v.v

Chất lợng 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 HQ có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa HQ

và nh vậy sẽ thay đổi đợc điện áp HQ, dòng điện HQ và công suất tác dụng của HQ

Về nguyên tắc, việc duy trì công suất lò HQ 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, tức là tổng trở:

Uhq

Zhq = 

Ihq

Bộ điều chỉnh duy trì dòng HQ không đổi (Ihq = const) sẽ không mồi HQ tự

động đợc Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo dòng điện trong 2 pha còn lại thay đổi Ví dụ, khi HQ trong một pha bị đứt thì lò

HQ làm việc nh phụ tải một pha với 2 pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây Lúc

đó các bộ điều chỉnh 2 pha còn lại sẽ tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần việc đó Các bộ điều chỉnh loại này chỉ dùng cho lò HQ một pha và chủ yếu dùng trong lò HQ chân không

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp HQ không đổi (Uhq = const) có khó khăn trong việc đo thông số này Thực tế, cuộn dây đo đợc nối giữa thân kim loại cửa

lò và thanh cái thứ cấp BAL Do vậy, điện áp đo đợc phụ thuộc dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẽ ảnh hởng tới 2 pha còn lại nh đã trình bày đối với

bộ điều chỉnh giữ Ihq = const

Phơng pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì

=

=

hq

hq hq I

U

Z constthông qua hiệu số các tín hiệu dòng và áp:

aIhq - bUhq = bIhq (Zohq - Zhq )Trong đó: a, b - hệ số phụ thuộc hệ số các biến áp đo lờng (biến dòng, biến

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

Zohq , Zhq - giá trị đặt và giá trị thực của tổng trởHQ

điều chỉnh đợc công suất lò HQ Đó là nhiệm vụ cơ bản của các bộ điều chỉnh tự

động các lò HQ

Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò HQ là:

1- Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò Duy trì dòng điện

hồ quang không tụt quá (4 ữ5)% trị số dòng điện làm việc Vùng không nhạy của

bộ điều chỉnh không quá ± (3 ữ 6)% trong giai doạn nấu chảy và ± (2 ữ 4)% trong giai đoạn nấu chảy và ± (2 ữ 4)% trong các giai đoạn khác

2 Tác động nhanh, đảm bảo khử mạch hay đứt HQ trong thời gian 1,5 ữ

3,0s Điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm C của kim loại v.v Các lò HQ hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần trong giai đoạn nấu chảy Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch cực nhanh, tới 2,5 ữ

3m/ph trong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền động điện cơ) và 5 ữ 6m/ph (khi truyền động thuỷ lực) Dòng điện HQ càng lệch xa trị số đặt thì tốc độ dịch cực càng phải nhanh

3- Thời gian chỉnh ngắn:

4- Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết nh khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây) hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng Yêu cầu này càng cần đối với lò 3 pha không có dây trung tính Chế độ

HQ của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ chế độ HQ của các pha còn lại Điện cực 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 sự làm việc của nó không ảnh ởng tới chế độ làm việc của các pha khác

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

6- Có thể chuyển đổi nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế độ điều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó (chẳng hạn, nâng điện cực trớc khi chất liệu vào lò) và ngợc lại, chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động.

7- Tự động châm lửa HQ khi bắt đầu làm việc và sau khi HQ bị đứt Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt HQ

8- Dừng mọi điện cực khi mất điện lới

Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể truyền động bằng điện - cơ hay thuỷ lực Trong cơ cấu điện - cơ, động cơ đợc dùng phổ biến là động cơ một chiều kích từ độc lập vì nó có mômen khởi động lớn, giải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm Đôi khi cũng dùng

động cơ không đồng bộ có mômen quán tính của rôtor nhỏ

CHơng IIThiết kế hệ thống nâng hạ điện cực lò hồ quang

Ii.1 - Sơ đồ khống chế 1 pha dịch cực lò hồ quang

đặt tới Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh đợc khuếch đại qua bộ khuếch đại 4 rồi tới cơ cấu chấp hành 5 để dịch cực theo hớng giảm sai lệch

Để hoàn thiện đặc tính động của hệ, nâng cao chất lợng điều chỉnh thờng sơ đồ còn có các phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dòng, áp HQ, v.v trong sơ đồ cũng có thể có các phần tử chơng trình hoá, máy tính v,v

Hệ điều chỉnh có thể dùng khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ

 II.2 - Chọn phơng án truyền động

 II.2.1 - Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuyếch

đại từ trờng ngang Hình 2-2.

5

4

21

3

6'

song với tiếp điểm thờng hở mở chậm của rơle thời gian Rth để giảm từ thông trong trờng hợp nâng.

+ Máy điện khuyếch đại sử dụng 3 cuộn dây khống chế trong đó cuộn CĐC1 là cuộn chủ đạo ở chế độ điều khiển tự động; cuộn CĐC2 là cuộn chủ đạo

ở chế độ điều khiển bằng tay; cuộn CFA là cuộn phản hồi âm điện áp; hệ số phản hồi điện áp khác nhau đối với trờng hợp hạ và nâng Cực tính của điện áp đặt lên

động cơ khi hạ(H), nâng (N) đợc cho trong sơ đồ hình 2-1 Do 7R mắc song song với 3CL nên ta có hệ số phản hồi áp khi hạ là αH =α; khi nâng α=0.3α

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

+ ở chế độ điều khiển tự động thì tín hiệu chủ đạo cấp cho cuộn CĐC1 là hiệu số của tín hiệu tỷ lệ theo dòng và áp của hồ quang, phần tín hiệu tỷ lệ theo dòng đợc tạo nên bởi: mạch vòng MBD (BD), điện trở 1R, MBA là 1BA, bộ chỉnh lu 1CL và bộ phân áp điện trở 5R Mạch tạo ra tín hiệu tỷ lệ với điện áp hồ quang nhờ điện trở có cấp 2R, bộ chỉnh lu 2CL và bộ phân áp 4R

- Nguyên lý hoạt động

• ở chế độ điều khiển bằng tay:

Trong chế độ điều khiển bằng tay có 2 trờng hợp nâng và hạ:

- Giả sử bật công tắc điều khiển ở vị trí nâng thì tiếp điểm 1 và 2, 3 và 4

sẽ kín còn các tiếp điểm khác hở, cuộn CĐC2 đợc cung cấp điện áp với giá trị

điện áp có thể điều chỉnh bằng 6R và cực tính dơng ở phía con trợt của 6R Lúc này điện áp phát ra của máy điện khuyếch đại có cực tính làm cho động cơ quay theo chiều nâng điện cực, tốc độ nâng phụ thuộc vào vị trí con trợt 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 đợc hãm

- Giả sử bật công tắc điều khiển về vị trí hạ(H) 9 và 10; 11 và 12 kín dẫn

đến cuộn CĐC2 cũng đợc cấp điện nhng cực tính của điện áp trên cuộn dây lúc này ngợc so với trờng hợp để công tắc ở vị trí nâng dẫn đến máy điện khuyếch

đại sẽ phát ra một sức điện động với cực tính ngợc lại, động cơ sẽ quay theo chiều hạ điện cực Trong trờng 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 lên cuôn CĐC2

• ở chế độ điều khiển tự động:

Bật công tắc điều khiển ở vị trí tự động thì tiếp điểm 5 và 6, 7 và 8 kín

đồng thờ cắt cầu dao 1cầu dao đóng cầu dao 2cầu dao thì trên 5R và 4R sẽ có các

điện áp một chiều tỷ lệ với dòng hồ quang và áp hồ quang, hiệu số 2 điện áp này

sẽ đặt lên cuộn CĐC1 và khống chế MĐKĐ điều khiển quá trình nâng hạ điện cực tự động ở chế độ khống chế tự động ta xét một số quá trình nh sau:

+ Khi làm việc bình thờng: Giả sử lò đang làm việc có phần điện áp lấy trên các phân áp 4R và 5R trên 4R ký hiệu là aUhồ quang, trên 5R ký hiệu là bIhồ quang

Trong đó a, b là các hằng số có thể điều chỉnh đợc bằng các biến trở

Ta quy ớc chiều quay của động cơ khi hạ điện cực là chiều quay dơng tức là chiều quay thuận và lúc này tơng ứng điện áp trên cuộn CĐC1 cũng dơng thì chiều quy ớc của điện áp trên CĐC1 (Ucđ) : Điện áp chủ đạo nh hình vẽ Hình 2-1

Ucđ=aUhồ quang - bIhồ quang

Nếu Ucđ = 0 thì sức từ động của cuộn chủ đạo CĐC1 bằng 0 và động cơ không quay Điện cực sẽ không dịch chuyển, khoảng cách giữa điện cực và bề mặt kim loại trong trờng hợp này bằng khoảng cách đặt và giá trị của điện áp hồ

quang cũng nh dòng điện hồ quang, trong trờng hợp này cũng đợc gọi là giá trị

U

hq

hq

=

Thông thờng khi làm việc điện cực sẽ mòn dần dẫn đến khoảng cách giữa

điện cực và kim loại sẽ tăng dần lên, dòng điện hồ quang sẽ giảm và điện áp hồ quang sẽ tăng (tổng trở hồ quang tăng) Lúc đó:

aUhq > aUhq0 và bIh<bIhq0 => Ucđ dơng xuất hiện sức điện động của máy

điện khuyếch đại làm cho động cơ quay để hạ điện cực Nếu sai lệch càng lớn thì giá trị của điện áp đặt lên cuộn CĐC1 càng lớn thì tốc độ dịch chuyển điện cực càng cac Ngợc 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 sẽ 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 hồ quang hay tổng trở hồ quang)

+Quá trình mồi hồ quang khi khởi động:

Giả thiết trớc khi làm việc điện cực không tiếp xúc với kim loại trong lò,

để khởi động sơ đồ ta đóng nguồn cung cấp cho mạch chính của lò cắt 1CĐ và

đóng 2CĐ đặt chế độ làm việc (xác định giá trị a và b bằng 1R, 2R , 4R và 5R) khởi động động cơ sơ cấp kéo máy điện khuyếch đại và đóng các nguồn cung cấp cho mạch kích từ động cơ Muốn khởi động lò và cho làm việc ở chế độ khống chế tự động ta bật công tắc điều khiển về vị trí tự động Lúc này do

Ihồ quang=0 hồ quang nên Uhồ quang đạt giá trị lớn nhất dẫn đến Ucđ đạt giá trị lớn nhất và dơng, động cơ sẽ quay với tốc độ tơng đối lớn Để thực hiện việc hạ điện cực khi điện cực chạm vào kim loại thì xảy ra ngắn mạch, dòng điện hồ quang sẽ tăng lên và điện áp sẽ hồ quang sẽ giảm xuống xấp xỉ bằng 0; điện áp chủ đạo

đổi chiều và có giá trị lớn làm cho động cơ đổi chiều quay với gia tốc lớn Tách nhanh điện cực ra khỏi kim loại làm xuất hiện hồ quang ở giai đoạn đầu khi dòng

điện còn lớn thì rơle dòng điện RD tác động làm ngắn mạch điện trở 3R nên dòng điện qua cuộn CĐC1 càng lớn, mặt khác phản hồi âm điện áp có hệ số phản hồi nhỏ càng làm tăng sức điện động của máy điện khuyếch đại dẫn đến tốc độ nâng sẽ càng lớn Khi khoảng cách giữa điện cực tăng dần thì Uhồ quang tăng và Ihồ quang giảm => Ucđ giảm Khi dòng hồ quang giảm đến một giá trị nào đó thì RD tác động, điện trở 3R sẽ mắc nối tiếp với cuộn dây CĐC1 Cả hai điều trên đều có tác dụng làm giảm sức điện động của máy điện khuyếch đại dẫn đến làm giảm của máy điện khuyếch đại dẫn đến làm giảm tốc độ nâng để tránh làm mất hồ quang và khi khoảng cách giữa điện cực với kim loại bằng khoảng cách đặt thì hệ thống sẽ làm việc tơng tự nh bình thờng ở chế độ đặt đã nêu

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

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

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

động cơ

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

Bộ điều chỉnh công suất lò HQ bằng thyristor 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 độ tác động nhanh có thể bỏ qua quán tính bộ biến đổi, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, không yêu cầu nền móng phức tạp, gọn nhẹ hơn, cải thiện chất lợng hệ thống, tổng hợp đợc nhiều tín hiệu do vậy có thể tự động hoá ở mức cao Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi van động cơ lớn hơn nhiều so với hệ thống dùng máy phát động cơ Sơ đồ nh hình 2-2

Sức điện động đầu ra của bộ biến đổi có dạng đập mạch vì nó có thành phần sóng hài bậc cao và điều này gây ra tổn thất Hệ thống van bán dẫn chịu quá tải kém, hệ số cosϕ rất thấp nhất là khi điều chỉnh sâu gây méo điện áp lới

Từ các u nhợc điểm của hai phơng pháp điều chỉnh đợc kể ra trên ta đi đến dùng

hệ thống van động cơ để dịch cực lò hồ quang là hợp lý nhất vì hệ thống này đảm bảo cả về tính kinh tế lẫn kỹ thuật

Sơ đồ cấu trúc 1 pha nh hình 2-3 Tín hiệu tỷ lệ với dòng Ihq và áp Uhq của một pha từ các biến dòng TI và biến áp TU tới các bộ chỉnh lu CL1, CL2 Sự mất cân bằng giữa các tín hiệu đầu vào sẽ đợc đa tới khâu vùng không nhạy KN Từ

đó tới khâu khuếch đại bán dẫn KĐ Tới khâu KĐ còn có tín hiệu phản hồi âm tốc độ của động cơ dịch cực Đ Từ khâu khuếch đại, tín hiệu sai lệch sẽ tới khâu nguồn điều khiển NĐK và qua đó tới các khâu xung pha XP1, XP2 để điều chỉnh góc mở thyristor cấp điện cho phần ứng động cơ Đ

Cấp điện cho các khâu là khối nguồn Ng

Nếu chế độ điện của lò HQ tơng ứng nh chế độ đặt thì khối KĐ không có tín hiệu ra, động cơ Đ không chạy và không dịch cực

Nếu chế độ làm việc sai lệch khỏi chế độ đặt (nh Ihq tăng do ngắn mạch,

Uhq tăng do cha mồi hay do đứt HQ, v.v ) mà độ lớn tín hiệu sai lệch vợt qúa vùng không nhạy của bộ điều chỉnh (Oa1 , Oa2 trên hình 2-4) thì đầu ra khối

không nhạy có tín hiệu qua KĐ, NĐK, XP1, XP2 sẽ điều khiển mở thyristor , cấp

điện cho động cơ Đ quay dịch cực

Khi Uhq tăng thì động cơ hạ điện cực xuống Tốc độ động cơ xác định bởi hiệu số ra tín hiệu ra của khối KN và tín hiệu phản hồi âm áp Qui luật điều chỉnh hạ điện cực là tỷ lệ trên toàn giải tín hiệu vào (kể cả khi đứt HQ) (đoạn a2b2 )

Khi Ihq tăng thì động cơ nâng điện

cực lên ở vùng thay đổi nhỏ của Ihq thì

tốc độ nâng tỷ lệ với số gia ∆Ihq (đoạn

a1b1 ở vùng thay đổi lớn của Ihq thì tốc

 III.2.3 - Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang, hệ thống T-Đ một chiều

Khối không nhaỵ

Tổng hợp tín hiệu

Tổng hợp tín hiệu

Tạo chế độ rơ le

Tổng hợp tín hiệu phản hổi

Tạo xung

Phản hồi dòng điện của động cơ

Tín hiệu báo đứt hồ quang

Bộ biến đổi

Động cơ

Phát xung ngược

Hình 2-5: Sơ đồ chức năng của hệ thống

Khuyếch đại trung gian

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

-Khối tạo xung:

Có chức năng phát các xung có đủ độ lớn, góc pha thích hợp để đa đến các nhóm van chỉnh lu và nghịch lu

-Mạch bảo vệ:

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

 I.3 - thiết kế mach động lực

 II.3.1 - Giới thiệu mạch

Ta thấy rằng chỉnh lu hình cầu 3 pha và hình tia 3 pha đều có chất lợng điện

áp tốt, dòng điện trung bình chảy qua các van là nh nhau Chỉnh lu cầu 3 pha sẽ

có số lần đập mạch nhiều hơn có chất lợng dòng áp cao hơn sơ đồ hình tia Điện

áp ngợc cực đại đặt lên mỗi van ở hai hệ thống là tơng đơng Tuy nhiên chỉnh lu hình tia 3 pha chỉ cần 3 tiristor trong khi chỉnh lu hình cầu cần tới 6 tiristor và do

đó giá thành sẽ cao hơn, tổn thất sẽ lớn hơn Chỉnh lu cầu 3 pha phải có 6 kênh

điều khiển và việc điều khiển mở các van là khá phức tạp do mỗi van trong một chu kỳ làm việc cần nhận đợc 2 xung điều khiển cách nhau 60 độ điện Để đảm bảo rằng bất kỳ thời điểm nào cũng có 2 van dẫn dòng Còn chỉnh lu hình tia 3 pha chỉ cần 3 kênh điều khiển và không cần mạch gửi xung Vì vậy ta dùng chỉnh lu hình tia 3 pha để cung cấp điện áp một chiều cho động cơ

Thiết bị mạch động lực bao gồm:

BA động lực, 2 bộ biến đổi hình tia 3 pha mắc song song ngợc

Cuộn kháng cân bằng CK1, CK2 để hạn chế dòng điện cân bằng giữa 2 bộ van

CL cuộn kháng san để cải thiện hình dáng của dòng áp sau chỉnh lu

Đ: Động cơ một chiều kích từ độc lập

CKĐ: Cuộn kích từ động cơ

BA: Máy biến áp tạo ra cấp điện áp và số pha phù hợp, cách ly mạch động lực với lới điện, cải thiện hình dáng dòng điện Khi chỉnh lu bộ biến đổi gồm các T1, T2, T3 đảm bảo chiều quay thuận cho động cơ Khi nghịch lu bộ biến đổi gồm T4, T5, T6 đảm bảo chiều quay ngợc

 II.2 Nguyên lý làm việc.

Mỗi bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lu hay nghịch lu Bộ điều khiển phải tạo ra góc điều khiển theo quan hệ: ∝1+β1= π

∝2+β2= π, ∝2+∝1=π với ∝1 ,β1 và ∝2 , β2 là góc mở và góc thông của 2 bộ biến đổi

Giả sử cho động cơ quay thuận(∝1 < 900) thì bộ biến đổi thứ nhất làm việc ở chế độ chỉnh lu tạo ra sức điện động là Ed1 còn bộ biến đổi 2 làm việc ở chế độ chờ nghịch lu(∝1 > 900) với sức điện động là Ed2

Giả sử muốn giảm tốc độ động cơ ta giảm nhỏ Uđk Khi đó α1 tăng và α2 =π

-α1 giảm đi Do đó Ed1 và Ed2 cùng giảm đi dẫn đến Ed1 và Ed2cùng giảm

đi Lúc này do quán tính nên sức điện động của động cơ là E sẽ giảm chậm hơn

E > Ed1, E>Ed2 Bộ biến đổi ứng với Ed1 khoá còn bộ biến đổi còn lại

sẽ tham gia vào nghịch lu Tốc độ động cơ giảm xuống cho đến khi E< Ed1 thì

động cơ làm việc ổn định ở tốc độ mới Nếu tiếp tục giảm Uđk =0 thì α1=α2=π/2

=> Ed1=Ed2=0 thì động cơ dừng lại

Nếu Uđk< 0 thì α1>π/2 và α2<π/2 Khi đó bộ biến đổi ứng với Ed2 làm việc ở chế độ chỉnh lu còn bộ biến đổi Ed1 làm việc ở chế độ chờ nghịch lu Động cơ có chiều quay ngợc lại Sự phối hợp α1 và α2 theo quan hệ α1 + α2 =π đợc gọi là phối hợp tuyến tính

Nhợc điểm của sơ đồ làm việc đảo chiều theo kiểu phối hợp tuyến tính là có dòng điện cân bằng tức thời do hiệu số các giá trị tức thời giữa điện áp chỉnh lu

và nghịch lu sinh ra Dòng cân bằng chạy từ bộ biến đổi này sang bộ biến đổi kia

mà không qua tải Nó không sinh ra đợc công có ích mà làm tăng công suất máy

biến áp Để hạn chế dòng cân bắng này trong sơ đồ mạch động lực ta dùng các cuộn kháng cân bằng Ck1 và Ck2

 II.4 - thiết kế mạch điều khiển

 II.4.1 - Mạch phát xung.

 II.4.1.1 Khái niệm mạch phát xung.

Mạch phát xung phải đảm bảo các xung có đủ độ lớn, độ rộng, các góc pha thích hợp gửi đến các nhóm van chỉnh lu và nghịch lu theo quan hệ α1+α2=π.Trong đó α1 là góc mở van chỉnh lu, α2 là góc mở của van nghịch lu Mạch phát xung theo nguyên tắc đồng bộ, nghiã là xung đợc tạo ra đồng bộ với nửa chu kỳ dơng của điện áp đồng bộ UAK của tiristor Để điều khiển góc mở cho bộ biến đổi hình tia 3 pha có đảo chiều dùng 3 kênh phát xung Mỗi kênh có 1 lối ra

để điều khiển van chỉnh lu và một lối ra điều khiển van nghịch lu

Sơ đồ khối của mạch nh sau:

Điện áp xoay chiều Uđb lấy từ máy biến áp đồng bộ, qua khâu dịch pha đợc chuyển thành các xung đồng bộ bão hoà có dạng chữ nhật Mục đích là tạo điện

áp răng ca không phụ thuộc vào biên độ điện áp lới Điện áp răng ca so sánh với

điện áp chủ đạo để tạo góc mở α và đợc khuyếch đại đủ công suất để đa tới mạch

động lực để điều khiển các thyristor Để thực hiện đợc quan hệ: α 1+α2=π với 1

điện áp tựa răng ca ta phải phối hợp các điện áp điều khiển Uđk1 và Uđk2 theo quan hệ:

Khuyếch đại xung

Khuyếch đại xung

Khuyếch đại xung

Uđk1 + Uđk2 = Urcmax

Với Urcmax là biên độ cực đại của

điện áp răng ca

Thật vậy, giả sử điện áp răng ca,

điện áp điều khiển Uđk1, Uđk2 với các góc

mở α1, α2 sao cho α 1+α2=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

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

Uđk2=Urcmax-Uđk1

 II.4.1.2 Nguyên lý mạch phát xung.

 II.4.1.2.1 Khâu đồng bộ hoá

Điện áp đồng bộ đợc lấy từ MBA đồng bộ, đồng pha với các điện áp đặt lên các tiristor ở mỗi pha tơng ứng (Hình 2-9)

Do đặc điểm của bộ chỉnh lu hình tia 3 pha: Nếu nh 1 van nào đó đang dẫn dòng (giả sử van pha A) Nếu bây giờ có xung điều khiển mở tiristor của pha B

mà điện áp đặt lên van pha B vẫn còn nhỏ hơn van pha A thì các van không mở

đợc Thời điểm kể từ khi điện áp đặt lên van sắp bắt đầu lớn hơn điện áp pha

A’B’0’

đang dẫn là α=300 Vì vậy nếu pha trong khoảng nhỏ hơn 300 để mà có xugn

điều khiển thì nó cũng không mở đợc Để cho van mở tức thời ngay sau khi nhận xung điều khiển thì ta phải dịch góc toạ độ đi 300 (hay là làm dich pha điện áp

đồng bộ đi 300) Có thể thực hiện điều này nhờ phối hợp các trị số RC mắc thứ cấp đồng bộ nh hình vẽ, từ công thức:

R

R

c arctg

Udf

-15V +15V

R5 R4 Tr2

Tr1 Tr3

Tr4

R3 R2

+15V

Đầu vào của D1 và D2

Đầu vào của D3 và D4

Hình 2-11

Điện áp dịch pha đợc đa vào các cực

gốc của Tr1 và Tr2 Khi điện áp dịch pha

ở nửa chu kỳ âm của điện áp dịch

pha khi Udf<UNgỡng thì Tr1 và Tr4 khoá,

Tr2 và Tr3 mở; UTr3=0 và UTr4=+15V

Dạng điện áp ra của Tr3, Tr4 nh

hình 2-12

 II.4.1.2.2 Khâu tạo điện áp răng c a

Các xung áp trên cực colector của Tr3 và Tr4 đa đến các phần tử NAND là D2 và D3 và AND là D1, D4, D5 Điện áp trên UD2 và UD3 đợc tổng hợp qua D5 Vì ngỡng mở của tiristor rất nhỏ so với biên độ của điện áp đồng bộ nên thực tế các xung đầu vào cực bazơ của Tr5 có độ rộng rất nhỏ, có thể coi là các xung đơn

vị xuất hiện ở các thời điểm 0, π, 2π, 3π

Khuyếch đại thuật toán A4 và tụ C1 tạo thành mạch tích phân đợc đóng ngắt nhờ Tr5 Hình vẽ nh sau:

Giả sử ban đầu Tr5 khoá và điện áp trên tụ C1 bằng 0 (Uc1=0) ở thời điểm t1

Điện áp (-U )đợc đa vào đầu vào đảo của A4 và đầu ra A4 có điện áp dơng Tụ C1 đợc nạp với cực tính nh hình 2-13 Điện áp trên tụ tăng tuyến tính theo thời gian tạo thành sờn trớc của điện áp răng ca Điện áp trên bản cực dơng của tụ chính là điện áp đầu ra của A4, điện áp này đặt lên cực góp của Tr5

Tại thời điểm t=π xuất hiện xung dơng ở cực gốc của Tr5 làm Tr5 mở và tụ C1 phóng điện qua Tr5 theo đờng (+ C1 qua Tr5 qua R8 trở về -U) Do nội trở của Tr5 rất nhỏ nên thời gian phóng rất nhanh Độ dài của răng ca có thể coi gần

đúng từ 0 ữπ Khi tụ C1 phóng thì điện áp trên UC1 giảm dần về 0 đến lúc UC1=0 thì Tr5 khoá lại, tụ C1 lại đợc tích điện, dạng điện áp của UC1 tơng tự nh từ t1 chỉ khác là lúc này điện áp đồng bộ đang ở nửa chu kỳ âm Dạng xung răng ca nh hình 2-14

Trong 1 chu kỳ của điện áp đồng bộ có 2 xung răng ca đợc tạo ra Đầu ra của xung răng ca (A4) đợc đa tới đầu vào của khâu so sánh

D1D2

D3D4

Điện áp điều khiển lấy từ mạch tổng hợp tín hiệu đem so sánh với điện áp răng ca bằng khuyếch đại thuật toán A5 và A6 Khi Urc+Uđk= 0 thì điện áp đầu

ra A5 lật trạng thái từ bão hoà âm sang dơng hay ngợc lại Đầu ra A5 xuất hiện một chuỗi xung chữ nhật với chu kỳ bằng 2 lần chu kỳ điện áp lới Giả sử cho

động cơ làm việc với góc mở α1 (nhóm chỉnh lu) hoặc α2 (nhóm nghịch lu) tơng ứng với Uđk1 hoặc Uđk2 khi Urc  còn nhỏ hơn Uđk1 hoặc Uđk2 thì đầu ra A5

và A6 xuất hiện xung dơng đến khi Urc bắt đầu lớn hơn Uđk1hoặcUđk2 thì

đầu ra A5 và A6 lật trạng thái khác nhau(hay độ rộng xung của chúng khác nhau) Để thực hiện quan hệ điều chỉnh: α1+α2=π ta dùng bộ khuyếch đại A3 và chiết áp P2 để điều chỉnh chọn giá trị Uđk2 Điện áp ra A3 là: Uđk2

Uđk1= =−  + 19 

1 dk 2

20

R

U P

Ucc R

R10

R20 R19

P2+15 V

Urc

Uđk1

Uđk2R22R21

UrcHình 2-15: Sơ đồ mạch so sánh

Để thực hiện hoà pha ban đầu (α1+α2=π/2) tại Uđk=0 dùng khuyếch đại tổng A2 Điện áp điều khiển Uđk từ mạch tổng hợp tín hiệu đa tới đảo dấu qua A1 và

đợc cộng với thiên áp dơng lấy trên chiết áp P1

17

cc 18 16

dk 1

17

cc 18

ủ

R

U R P R

U R R

U P

R

U R

U

2 A

.

Phải điều chỉnh P1 và chọn R16, R17, R18 sao cho:

khi Uđk=0 thì: Uđk1=Uđk(0)=-Urcmax/2 ⇒ -Urcmax/2=-R18Ucc/(R17+P1)

ω t

UD1

ω t

U D4

UT α1

Hình 2-16:

Giản đồ

xung