Thiết kế lò hồ quang

a. Theo dòng điện sử dụng : Lò hồ quang một chiều ( sử dụng dòng điện một chiều). 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. H1.1: a. Lò hồ quang nung nóng gián tiếp b. Lò hồ quang nung nóng trực tiếpTrong 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 .

PHÇN I

Kh¸i qu¸t vÒ c«ng nghÖ

2 Phân loại

a Theo dòng điện sử dụng :

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

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

b Theo phơng thức hình thành hồ quang :

- Lò hồ quang nung nóng gián tiếp: Hồ quang đợc hình thành giữa hai

điện cực ở phía trên vật liệu cần đợc gia nhiệt

- Lò hồ quang nung nóng trực tiếp: Hồ quang đợc xuất hiện trực tiếp giữa kim loại cần đợc 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 : Tờng lò

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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  2  svtk : Vũ Mạnh Thảo

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 sờn bằng phơng pháp thủ công hay máy móc qua cửa lò

d Theo số tấn thép đợc luyện (dung lợng 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

1 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 thờng đợc 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 thờng có dạng hình trụ, hình côn hoặc phối hợp trụ côn, đáy vỏ lò thờng có dạng hình cầu, hình thang

h1.2: Sơ đồ nghiêng lò+ Nghiêng lò bên hông :

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

+ Nghiêng lò đặt dới đáy :

Loại này có u điểm là quay lò rất vững chắc , quay êm và đều , có thể tự

động điều khiển hoàn toàn Có nhợc 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 thờng lò hồ quang điện thờng có 3 điện cực tơng 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

Loại này dùng thích hợp cho lò nhỏ vì thiết bị đơn giản , dễ chế tạo

nh-ng có nhợc điểm là do trụ đứnh-ng cần có chiều cao nhất định nên ảnh hởnh-ng đến

sự làm việc chung của cầu trục trong phân xởng

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  4  svtk : Vũ Mạnh Thảo

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

tăng cờng phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng của kim loại trớc khi rót cần phải khuấy trộn kim loại lỏng ở các lò dung lợng nhỏ ( dới 7 tấn ) thì việc khuấy trộn đợc khuấy trộn bằng tay qua cơ cấu cơ khí Với lò có dung lợng trung bình ( 9 đến 50 tấn ) và đặc biệt trên 100 tấn thì đợc thực hiện bằng thiết bị khuấy để không những làm giảm sự vất vả của ngời thợ nấu mà còn nâng cao chất lợng của kim loại Thiết bị khuấy trộn của kim loại nóng thờng là thiết bị điện từ có nguyên lý tơng tự nh động cơ không

đồng bộ rotor lồng sóc

2 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 đợc làm mát :

- Mặt đầu của cặp điện cực

- ống dẫn điện

- Vành làm chặt giữa các cặp điện cực và nắp lò

- Tấm chắn cửa chính và cửa phụ

- Vòm cửa lò và cột của cửa làm việc

điện, nớc đợc đi vào trong ống rồi tới lò

III Chế độ năng lợng điện và làm mát của Lò Hồ Quang

- Năng suất lò hồ quang và chi phí năng lợng điện cho một tấn thép ở 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

10 20 30

Yêu cầu công suất điện trong quá trình nấu luyện:

1 Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại

yếu tố ảnh hởng đến sự làm việc của hồ quang Trong giai đoạn này có thể xẩy

ra ngắn mạch nhiều lần và có trờng hợp gây mất hồ quang Do vậy hệ thống

điện phải đảm bảo đợc 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)

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  6  svtk : Vũ Mạnh Thảo

Trong giai đoạn này thờng xảy ra trờng hợp ngắn mạch sự cố, bởi vì lúc

đầu khối kim loại dới các điện cực đợc 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 dới Lúc này khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng trong khi đó khối kim loại ở hai bên thành lò cha đủ nhiệt độ nóng chẩy nên cha 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

cho lò một công suất lớn

hoá C gây ra một nhiệt lợng lớn nên công suất hồ quang trong giai đoạn này yêu cầu nhỏ hơn ở các giai đoạn trớc Thờng bằng 60% công suất của giai

đoan nung nóng chẩy vật liệu

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

IV Mục đích yêu cầu điều chỉnh lò hồ quang

1 Mục đích của việc điều chỉnh hồ quang

thống dịch điện cực có khả năng tự đông hoàn toàn

Muốn vậy phải dùng thiết bị dịch điện cực có độ nhạy cao, thoả mãn với điều kiện kỹ thuật

- Đảm bảo thời gian nấu luyện nhanh nhất, muốn vậy phải giảm thời gian phụ.

2 Yêu cầu điều chỉnh hồ quang

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

…

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 nh vậy sẽ thay đổi đợc 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 phơng pháp sau

mỗi phơng pháp khống chế khác nhau Sau đây ta sẽ phân tích và chọn phơng pháp tối u 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 nh 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 Phơng pháp duy trì lò hồ quang không đổi chỉ dùng cho lò hồ quang một 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 hởng

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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  8  svtk : Vũ Mạnh Thảo

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 hởng đến hai pha còn lại Vì vậy phơng pháp này ít đợc 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:

Ihq b

Uhq b Ihq a

.

.

so với giá trị đặt, phơng pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì đợc công suất ít chịu ảnh hởng của dao động điện áp nguồn cũng nh ảnh hởng 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 hồ quang chính là điều chỉnh đợc công suất hồ quang

d Các yêu cầu chính cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang

trong các giai đoạn khác

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

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

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 tính

đối 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 hởng 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 trớc khi chất liệu vào lò và ngợc lại

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

thuỷ lực trong cơ cấu điện cơ trớc đây ngời 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 ba pha trong

điều kiện thời gian thực với chất lợng cao, điều này dẫn đến xu hớng thay thế dần các hệ thống truyền động dùng động cơ một chiều

V Luyện thép trong lò hồ quang

* Vật liệu và chuẩn bị nguyên vật liệu cho một mẻ luyện:

1 Nguyên vật liệu chính để sản xuất thép lò điện:

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

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

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

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

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

f Chất khử oxy:

có hại nh P, S đồng thời hợp kim hoá thép ngời 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 cácbon rất tốt là bột điện cực vì nó chứa ít S, có trọng lợng riêng tơng đối lớn  dễ hoà tan vào kim loại

2.1 Chuẩn bị quá trình luyện:

(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 nung kim loại, cào xỉ, oxy hoá thuộc vào thời kỳ oxy hoá, còn giai đoạn

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 lợng thép tốt trớc khi bớc vào một mẻ mới phải vá lò với các yêu cầu sau:

- Vật liệu vá không ảnh hởng đến thành phần của thép luyện lò (manhezit, donomit)

Kỹ thuật chất liệu có ảnh hởng 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)

lớp đệm dới 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 h hỏng lò

2.2 Quá trình nấu luyện

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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  12  svtk : Vũ Mạnh Thảo

Thời gian nấu chẩy phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu, công suất máy biến áp và dung lợng lò Trong giai đoạn này lò có công suất nhiệt lớn nhất,

điện năng tiêu thụ chiếm 60 đến 80% năng lợng 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 đợc điều chỉnh gần vào kim loại lúc đó dễ xẩy 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 xẩy ra nên các thiết bị điện trong mạch lực thờng 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 lên tạo hồ quang

lần hoặc hơn Mỗi lần xẩy ra ngắn mạch làm việc công suất hữu ích 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 lợng tơng đối ổn định và chiều dài ngọn lửa hồ quang khoảng vài chục mm

c Giai đoạn phụ:

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

VI Chế độ bảo vệ của lò hồ quang

1 Trong quá trình nấu luyện lò hồ quang thờng xẩy ra các sự cố

- Ngắn mạch làm việc

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

a Ngắn mạch làm việc

bởi vì trong giai đoạn này có nhiều yếu tố ảnh hởng đến sự làm việc của hồ quang Ví dụ nh khi nạp liệu vào lò thờng có các khe hở nên khi kim loại chẩy xuống dới 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 tợng ngắn mạch làm việc trong 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 đợc hồ quang sau khi loại trừ đợc 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 tợng 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 trờng hợp điện cực bị kim loại chèn quá chặt, các khâu phản hồi đã tác động nhng không nâng đợc điện cực lên, trong hệ thống phải đợc đặt các dòng điện cực đại để tác động lên cuộn cắt của máy cắt, cắt mạch lực của hồ quang ra khỏi lới, rơ le này có duy trì thời gian Thời gian này giảm khi bội số quá tải dòng tăng, vì vậy hệ thống sẽ

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  14  svtk : Vũ Mạnh Thảo

ngừng làm việc khi có ngắn mạch sự cố và khi có ngắn mạch làm việc kéo dài

mà không xử lý đợc

bằng grafit trong quá trình làm việc điện cực thờng hay bị mòn do bị oxy hoá bởi khí lò và bay hơi do sự cháy của hồ quang Do đó điện cực ngắn dần việc này dẫn đến trờng hợp điện cực của một pha nào đấy bị cụt gây mất một pha Khi một 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 đa tín hiệu này về cắt toàn bộ mạch lực của lò hồ quang, để tiến hành nối và tiến hành thay điện cực

2 Giới thiệu mạch lực lò hồ quang

Sơ đồ cấp điện cho lò hồ quang:

Trong phân xởng luyện thép lò điện thờng có một biến thế riêng có điện

(V) Cờng độ dòng điện có thể lên tới 10 KA

2.1 Máy biến thế lò

- Công suất lớn (có thể lên tới hàng trục MW) và dòng điện thứ cấp rất lớn

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  16  svtk : Vũ Mạnh Thảo

Đkbv

bal mc4

mc3 mc2

kwh

v v v

bi2 bi1

ra rb rc

- Có độ bền cơ học cao để chịu đợc những lực phát sinh trong các cuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch

kín, gần lò

- Công suất biến thế lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai

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

quang, trong biến thế lò, và cuộn kháng L đợc bù trừ bởi năng lợng 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 lợng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời kỳ nấu chẩy

và dừng lò giữa 2 mẻ nấu

W = w.G

G: là khối lợng kim loại nấu

w: là suất chi phí để nấu chẩy (KWh/T) suất chi phí điện năng

lợng của lò

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 nó cho phép giảm thời gian nấu chẩy, giảm suất chi phí do hạ tổn hao nhiệt, năng suất của lò phụ thuộc vào dung l-

ợng máy biến áp Giá trị công suất định nghĩa dung lợng biến thế lò của lò

9000, 15000

Cuộn thứ cấp biến áp lò đợc nối tam giác vì dòng ngắn mạch đợc phân

ra 2 pha và nh vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ nhàng hơn Biến áp lò thờng phải làm việc trong điều kiện ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thờng chế tạo to, nặng hơn các máy biến thế động lực có cùng công suất

2.2 Thiết bị đóng, cắt, đo lờng và bảo vệ

b Thiết bị đo lờng và bảo vệ:

- Để lấy tín hiệu từ lới ngời ta dùng biến dòng 1Ti và 1Tu 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 đợc Với ngắn mạch làm việc trong một thời gian tơng 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 lờng, kiểm tra nh Vôn kế, Ampe kế, công tơ điện

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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  18  svtk : Vũ Mạnh Thảo

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 điều khiển bảo vệ) cũng đợc nối với máy biến điện áp BA và các máy biến dòng 1Ti, 2Ti.

2.3 Cuộn điện kháng (K)

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 h-ởng đến lới 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 lợng điện đáng kể Vì vậy ngời 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 ít hơn thì MC2 lại mở ra để đa 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 sơ

của thời kỳ nấu chẩy liệu

2.4 Bộ phận chuyển đổi điện thế MC3, MC4

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 lợng khác nhau

nhiệt độ đó để tiếp tục các quá trình sau Thời kỳ hoàn nguyên cần lợng nhiệt nhỏ với mục đích chủ yếu là giữ nhiệt độ kim loại không bị giảm và nấu chẩy các Điện thế thứ cấp đợc 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

2.5 Mạch ngắn

cầu cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến áp lò phải đặt rất gần lò) Để giảm bớt tổn hao, đồng thời mạch ngắn đợc ghép từ các tấm đồng lá thành các thanh mềm có thể lên xuống theo các điện cực Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng giữa rmn và xmn giữa các pha để có các thông số điện (công suất, điện áp, dòng điện) nh nhau của các

hồ quang

2.6 Hệ thống nâng hạ điện cực

hay thuỷ lực Trong cơ cấu điện động cơ đợc 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 của rotor nhỏ

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 biến thế lò lớn thì không điều chỉnh bằng tay đợc mà phải tự động điều chỉnh bằng máy riêng với độ chính xác cao

2.7 Một số thiết bị điện phụ khác

các truyền động phụ kiện phục vụ lò nh:

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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  20  svtk : Vũ Mạnh Thảo

PHÇN ii

Ph©N tÝch mét sè hÖ thèng

dÞch cùc lß hå quang

I Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực của lò hồ quang

Một hệ điều chỉnh công suất tự động lò HQ có sơ đồ chức năng đơn giản nh hình vẽ 2-1

Hệ gồm đối tợng điều chỉnh 6 (lò hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai Bộ

điều chỉnh gồm các phần tử cảm biến dòng 1 và áp 1’, phần tử so sánh 3, bộ khuếch đại 4, cơ cấu chấp hành 5 và thiết bị đặt 2

Trên phần tử so sánh có hai tín hiệu

từ đối tợng điều chỉnh tới (tơng ứng tỉ lệ

với dòng và áp HQ) và một tín hiệu từ

thiết bị 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 hồ quang Trong sơ đồ cũng có thể có các chơng trình hoá máy tính Hệ điều chỉnh có thể dùng khuếch đại máy điện khuếch đại từ, thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ

II Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò HQ dùng hệ mđkđ-đ

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 trờng 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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  22  svtk : Vũ Mạnh Thảo

Hình 2-1 Sơ đồ chức năng hệ

điều chỉnh công suất lò HQ

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 trờng hợp hạ và nâng Cực tính của điện áp đặt lên động cơ khi hạ , nâng đợc cho trong sơ đồ Do 7R mắc

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 ngợc , nâng điện cực

Trong chế độ khống chế bằng tay thì điện áp chủ đạo đặt lên cuộn CĐC2 gọi là Ucđ2 Điện áp này đợc lấy từ nguồn cung cấp 1 chiều, nó đợc đảo chiều bằng công tắc, điều chỉnh tốc độ bằng triết áp 6R

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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  24  svtk : Vũ Mạnh Thảo

Hình vẽ 2-2 Sơ đồ điều khiển hệ thống nâng hạ điện cực lò HQ dùng hệ MĐKĐ - Đ

1CD

F 1

F 2

2 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ

* ở chế độ điều khiển bằng tay

Có hai trờng 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 đợc cung cấp điện áp với giá trị

điện áp có thể điều chỉnh bằng 6R, và cực tính dơng ở phía con trợt 6R Lúc này điện áp phát ra của MĐKĐ 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 về vị trí hạ thì các tiếp 9 và 10, 11 và 12 sẽ kín, dẫn điện 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 MĐKĐ

sẽ phát ra một sđđ 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 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 lu 1CL tỉ lệ với dòng điện HQ và rơi trên điện trở 5R Điện áp ra trên chỉnh lu 2Cl tỉ lệ với

điện áp HQ và rơi trên điện trở 4R Hiệu số của hai điện áp này sẽ đặt 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 thờng: 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 b.Ihq 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, và chiều quy ớc của điện áp trên CĐC1 có chiều nh hình vẽ

khi đó Ucđ = a Uhq - b Ihq

Nếu Ucđ = 0 thì stđ của cuộn chủ đạo CĐC1 = 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 HQ cũng nh dòng điện HQ, trong trờng hợp này cũng đợc gọi là giá trị đặt : U0hq , I0hq.

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

Thông thờng 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 < b.I0hq => Ucđ dơng xuất hiện sđđ của MĐKĐ làm cho động cơ quay để hạ điện cực, nếu sai lệch càng lớn thì giá trị điện áp đặt lên cuộn CĐC1 càng lớn thì tốc độ dịch chuyển điện cực càng nhanh 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 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 trớc khi làm việc điện cực không tiếp xúc với kim loại trong

lò, để khởi động, ngời 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 làm việc 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 dơng, động cơ sẽ quay thuận với tốc độ tơng đối lớn để hạ

điện cực Khi điện cực chạm vào kim loại 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 dới ngỡng nhả của rơ le áp RA thì điện trở 9R đợc 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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  26  svtk : Vũ Mạnh Thảo

Nếu mất ổn định, hiệu số điện áp sẽ có và CĐC1 sẽ có stđ làm MĐKĐ phát 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 ngợc lại.

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

III.C¬ cÊu n©ng h¹ ®iÖn cùc dïng hÖ thèng T-§

K§

Sơ đồ này sử dụng bộ chỉnh lu điều khiển dùng Tiristor mắc theo sơ đồ tia 3 pha song song ngợc

Giới thiệu sơ đồ:

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

CL1,Cl2:các chỉnh lu đi ốt

KN: khối không nhạy

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

NĐK: nguồn điều khiển ,đa các tín hiệu điều khiển tới các khâu phát xung XP1, XP2 để điều chỉnh góc mở tiristor

Ng: khối nguồn ,nguồn nuôi cho khối khuếch đại

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

Điốt ổn áp 4VD đợc đa 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, BA2tức là tín hiệu tỉ lệ với dòng điện

và điện áp hồ quang đợc đa vào các bộ khuếch đại chỉnh lu 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 đợc đa vào khối không nhạy và đa sang khối khuếch đại KĐ Khối khuếch đại sẽ khuếch đại lên và đa sang khối nguồn

điều khiển NĐK Nguồn điều khiển sẽ tạo ra điện áp điều khiển đa sang khối phát xung XP1và làm cho góc mở thay đổi dẫn đến làm điệp áp chỉnh lu tăng

và dẫn đến độngcơ quay thuận với tốc độ tăng dần và điện cực sẽ đợc nâng lên và dẫn đến dòng điện hồ quang lại dợc điều chỉnh giảm dần về giá trị định mức thì động cơ sẽ ngừng quay

Tơng tự nh 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 đợc điều khiển quay theo chiều ngợc 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 đa ra một tín hiệu điều khiển sang khối phát xung XP1 và dẫn đến điện áp ra của bộ chỉnh lu 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 đợc mô tả dới đây

ở vùng thay đổi nhỏ của dòng điện hồ quang thì tốc độ nâng tỷ lệ với

độ rơle đạt đợc nhờ ổn áp 4VD trong mạch phản hồi âm điện áp

Nhận xét:

Ưu điểm:

- Hệ thống này đáp ứng đầy đủ các công nghệ lò hồ quang

- 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 đợc hiện tợng quá

-Vmax Vmax

Vcực

IV Hệ thống sử dụng bộ Biến tần - Động cơ không đồng bộ ba pha rôtor lồng sóc

Trên thị trờng hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần sử dụng các phơng pháp điều chỉnh tần số theo các phơng thức khác nhau, chủ yếu là 4 kiểu :+ Biến tần điều khiển theo phơng pháp tuyến tính U/f

+ Biến tần điều khiển theo phơng pháp đa diểm U/f

+ Biến tần điều khiển theo phơng pháp bình phơng U/f

+ Biến tần điều khiển từ thông ( FCC - Flux Current Control )

Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ) lại sử dụng nhiều phơng pháp , trong đó phơng pháp đợc coi là tiên tiến hiện nay là thực hiện

điều chỉnh trực tiếp mômen

1 Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen :

* Nội dung phơng pháp

Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phơng pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ

là rất chặt chẽ Lôgic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của

động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phơng pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra thay đổi rất nhanh,

cỡ vài phần nghìn giây

Phần cốt lõi của phơng pháp đợc mô tả trên hình dới, gồm các khối nh sau : bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối u, mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay của rotor và từ thông stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và

giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều Các giá trị thực này đợc so sánh với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen

và các mạch vòng bên ngoài

Điều khiển trực tiếp mômen

Logic chuyển mạch tối u cho nghịch lu sẽ đợc xác định trong từng chu

(ASIC) Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực (S1, S2, S3) đợc dùng để tính vector điện áp stator

Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trờng định ớng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lợng điện từ đợc mô tả bởi các vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp đợc biểu diễn trong hệ toạ

Mô hình động cơ

Tính các đại lư

ợng Nhận dạng thông số

Bit M Bit ψ

Biên độ vector từ thông stator thờng đợc giữ không đổi và do đó mômen

hằng số thời gian điện từ của mạch rotor cỡ hàng trăm mms, nh vậy có thể coi

từ thông rotor là ổn định và biến đổi chậm hơn từ thông stator Vì thế có thể

đạt đợc mômen yêu cầu bằng cách quay từ thông stator theo hớng nào càng nhanh càng có hiệu quả

Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen nh sau:

Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator đợc điều chỉnh sao cho mômen động cơ đạt đợc giá trị mong muốn Vector từ thông stator này lại đợc

điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lu Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối u xác định cho ta vector điện áp tối u tuỳ thuộc vào sai lệch mômen Biên độ của vector từ thông stator cũng đợc tính đến khi chọn logic chuyển mạch

2 Mô hình động cơ

Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao Mô hình

động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc

điều chế, nó cũng tính ra đợc tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator để dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh Độ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lờng chỉ gồm dòng điện 2 pha của

động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều

V 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 nghệ của lò hồ quang nhng các hệ thống này lại có nhợc điểm :

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

- Các bộ biến đổi thiết bị cồng kềnh ,tốn diện tích ,bảo dỡng khó khăn

Để hiểu rõ hơn về phơng pháp điều chế véc tơ không gian , biến tần

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  34  svtk : Vũ Mạnh Thảo

Phần Iii

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

hệ thống

và lựa chọn thiết bị

I Véc tơ không gian của các đại lợng 3 pha

isa(t) + isb(t) + isc(t) = 0 (2.1)

isa =| is| cos(ωt)

isb =| is| cos(ωt +1200) (2.2)

isc =| is| cos(ωt +2400)

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) = 2.[isa(t) + isb(t).ej120 + isc(t).ej240] = | is|.ej γ (2.3)

Theo công thức trên thì véc tơ is(t) là một véc tơ có modul không đổi

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

isα , isβ, và thuộc hệ toạ độ stator cố định.

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  38  svtk : Vũ Mạnh Thảo

v

1

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:

sa s

i i i

i i

đủ thông tin về is(t) với các thành phần trong công thức (2.4)

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

Cuộn dây Pha a

Cuộn dây

Pha b

Cuộn dây Pha c

Hình 2.3: Biểu diễn dòng Stator dưới dạng vector không gian

với các phần tử isαvà isβ thuộc hệ tọa 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

stator cố địnhα , β sang hệ toạ độ xy nào đó quay đồng bộ với từ thông stator

nằm lệch đi 1 góc ν *so với hệ xy

h.2.4: Chuyển hệ toạ độ cho véc tơ không gian bất kỳ

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

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

Gvhd : TS Bùi Chính Minh  40  svtk : Vũ Mạnh Thảo