1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

đồ án ký thuật điện điện tử Thiết kế hệ thống truyền Động nâng hạ điện cực lò hồ quan

64 601 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 64
Dung lượng 1,49 MB

Nội dung

1- Máy biến áp lò BAL -Máy BAL dùng cho lò HQ phải làm việc trong các điều kiện đặc biệt nặng nề nên có các đặc điểm sau: - Công suất thường rất lớn có thể tới hàng chục MW và dòng điện

Trang 1

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu

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

Việc cung cấp, trang bị trang bị điện cho ngành luyện kim luôn là một vấn đềlớn Các trang thiết bị luyện kim càng hiện đại thì chất lượng sản phẩm càng cao,đáp ứng được nhu cầu cho các ngành sản xuất khác về chất lượng nguyên liệu.Trong tiến trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, tự động hoá các dâytruyền sản xuất đang là một trong những mục tiêu hàng đầu Nó cho phép nângcao năng suất, chất lượng, giảm giá thành sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiệnlàm việc cho người lao động

Trong quá trình thực tập và tìm hiểu các trang thiết bị luyện kim của công tygang thép em thấy lò hồ quang là một đối tượng phù hợp với khả năng của mình

Vì vậy sau khi được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn em được giao nhiệm vụnghiên cứu đề tài tốt nghiệp về lò hồ quang

Bản đồ án này được hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy giáo

học kỹ thuật công nghiệp và các bạn bè đồng nghiệp

Do hạn chế về thời gian , thiếu kinh nghiệm thực tế và trình độ hiểu biết cóhạn nên trong đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rấtmong được sự chỉ bảo góp ý thêm để có thể hiểu được sâu về đề tài này Em xinchân thành cảm ơn

Sinh viên thiết kế

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK : Đào quang minh

Trang 2

Đào quang Minh

II - PHÂN LOẠI.

Theo dòng điện sử dụng, lò HQ được 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) được dùng để nấu chảy kim loại (hình 1-1a)

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

43

1234

Trang 3

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Nguyên lý làm việc của lò HQ

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

- Lò chất liệu (liệu rắn, kim loại vụn) bên sườn bằng phương pháp thủ cônghay 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 cấunâng vòm nóc

III – CƠ CẤU LÒ HỒ QUANG

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

e- Phần dẫn điện từ biến áp lò tới lò

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK: Đào quang

minh

3

Trang 4

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 như gầu nạp liệu

Trong các lò HQ có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh lệchnhiệt độ theo độ cao (khoảng 100oC/m) Trong điều kiện đó, để tăng cường phảnứng của kim loại (với xỉ) và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại trước khirót, cần phải khuấy trộn kim loại lỏng Ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 6T) thìviệc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí Với lò dung lượng trungbình (12  50T) và đặc biệt lớn (100T) và hơn) thì thực hiện bảng thiết bị khuấytrộn để không những giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao đượcchất lượng của kim loại nấu

Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ có nguyên lýlàm việc tương tự động cơ không đồng bộ rotor ngắn mạch Từ trường chạy tạo ra

ở lò có đáy phi kim loại nhờ hai cuộn dây (stator) dòng xoay chiều tần số 0,5 1,0Hz lệch pha nhau 90o Do từ trường này mà kim loại có lực điện từ dọc trục lò.Khi đổi nối dòng trong các cuộn dây, có thể thay đổi hướng chuyển động củakim loại trong nối theo hướng ngược lại

IV- CÁC THỐNG SỐ QUAN TRỌNG CỦA LÒ HỒ QUANG

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

- Công suất định mức của biến áp lò: ảnh hưởng quyết định tới thời giannấu luyện, nghĩa là tới năng suất lò

Theo mức độ công suất tác dụng của biÕn áp trong giai đoạn nấu chảy đốivới 1T kim loại lỏng, lò HQ còn chia ra: lò có công suất bình thường, cao và siêucao

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

Trang 5

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

B MẠCH ĐIỆN CUNG CẤP CHO LÒ HỒ QUANG

Hình 1-2

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK: Đào quang

minh

5

Trang 6

Điện cấp cho lò là HQ lấy từ trạm biến áp lò Điện áp vào là 6, 10, 35hay 110 KV là tuỳ theo công suất lò (Hình 1-2)

Sơ đồ các thiết bị chính sau: Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạchđộng lực của lò với lưới khi cần thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa Máy cắt 1MCdùng để bảo vệ lò HQ khỏi ngắn mạch sự cố Nó được chỉnh định để không tácđộng khi ngắn mạch làm việc Máy cắt 1MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lựcdưới tải Cuộn kháng K dùng hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổnđịnh sự cháy của HQ Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ra ngắn mạch làm việc Lúcngắn 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 nấuluyện, 2 MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K Ở giai đoạn hoàn nguyên,công suất lò yêu cầu Ýt hơn thì 2MC lại mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạch,làm giảm công suất cấp cho lò Với những lò HQ công suất lớn hơn nhiều thìkhông 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 sốquá 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 được Với ngắn mạch làm việc trong một thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín

Trang 7

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

như: 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 điềuchỉnh tự động và rơle dòng điện cực đại Dòng tác động và thời gian duy trì của rơle dòng được 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 được nối với máy biến áp điện

TU và các máy biến dòng 1TI, 2TI

1- Máy biến áp lò BAL

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

nề nên có các đặc điểm sau:

- Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấprất lớn (tới hàng trăm kA),

- Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới 2,5  4) Iđm,

- Có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong cáccuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch

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

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

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

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

Trang 8

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

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

Cos - Hệ số công suất của thiết bị lò HQ;

W - Năng lượng hữu Ých và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy

và dừng lò giữa hai mẻ nấu (kW-h)

W = w GTrong đó: G- khối lượng 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 lượng lớn

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

Cuộn thứ cấp BAL thường nối  vì dòng ngắn mạch được phân ra hai pha

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

Mạch ngắn (MN).

2- Mạch ngắn :hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn, tới

Trang 9

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Pmn = I2

mn rmn

đạt tới 70% toàn bộ tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò HQ Do vậy, yêu cầu cơbản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến áp lò phải đạtrất gần lò) để giảm bớt tổn hao, đồng thời được phép từ các tấm đồng lá thành cácthanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống theo các điện cực Ngoài ra, mạch ngắncòn phải đảm bảo sự cân bằng rmn và xmn giữa các pha để có các thông số điện(công suất, điện áp, dòng) như nhau của các HQ Khi 3 pha mạch ngắn phân bốđối xứng thì hỗ cảm giữa 2 pha bất kỳ sẽ bằng nhau và s.đ.đ hỗ cảm bằng 0.Trường hợp nếu khoảng cách giữa các pha không như nhau, hỗ cảm giữa các pha

sẽ khác nhau Trong mét pha nào đó sẽ xuất hiện s.đ.đ phụ ngược chiều dòng điệntrong pha đó và tạo ra một sụt pháp phụ trên điện trở thuần pha đó Kết quả là phanày như 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 phụlại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng như bị giảm và công suất

HQ pha này tăng lên Hiện tượng 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 tượng 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 lượng dưới 10T thì mạch ngắn thường được 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 được bù trừ Với các lò dung lượng lớn, mạch ngắn thường được 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

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK: Đào quang

minh

9

Trang 10

không có tính chất của hệ 2 dây Tính không đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều nhưng chưa hoàn toàn Người 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 được 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 - 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 nghệsau:

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  80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm 50 60% toàn bộ thời gian mét 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 Đểduy trì HQ, điện cực phải được điều chỉnh gần vào kim loại Lúc đó, dễ xảy 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 xảy ra nên các thiết bị điện trong mạch động lực thường phải làm việc ở điều kiện nặng nề Đây là đặc điểm nổi bật cần lưu ý khi tính toán và chọn thiết bị cho

Trang 11

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

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 Ých 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  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, thường từ vài mm đến 10  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 theoyêu cầu công nghệ, khử P và S, khử khí trong gang rồi tinh luyện Sự cháy hoàntoàn 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 củagiai 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

Trước 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 lượng tương đối ổn định và chiều dài ngọn lửa H’Q khoảng vài chục milimét

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK: Đào quang

Trang 12

Chất lượng thép nấu luyện phụ thuộc vào công suất cấp và sự phân bố nhiệthay nhiệt độ trong nồi lò

II-YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH CHO MỘT BỘ CÔNG SUẤT 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 như vậy sẽ thay đổi được điện áp HQ, dòng điện HQ và công suất tác dụng củaHQ

Về nguyên tắc, việc duy trì công suất lò HQ có thể thông qua việc duy trìmột trong các thông số sau:

Dòng điện hồ quang Ihq , điện áp hồ quang Uhq , tỷ số giữa điện áp và dòngđiện hồ quang, tức là tổng trở:

Uhq

Trang 13

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Bộ điều chỉnh duy trì dòng HQ không đổi (Ihq = const) sẽ không mồi HQ tựđộng được Ngoài ra, khi dòng điện trong mét pha nào đó thay đổi sẽ kéo theodòng điện trong 2 pha còn lại thay đổi Ví dụ, khi HQ trong mét pha bị đứt thì lò

HQ làm việc như 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 cầnviệc đó Các bộ điều chỉnh loại này chỉ dùng cho lò HQ mét pha và chủ yếu dùngtrong lò HQ chân không

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp HQ không đổi (Uhq = const) có khó khăn trongviệc đo thông số này Thực tế, cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại cửa lò vàthanh cái thứ cấp BAL Do vậy, điện áp đo được phụ thuộc dòng tải và sự thayđổi dòng của một pha sẽ ảnh hưởng tới 2 pha còn lại như đã trình bày đối với bộđiều chỉnh giữ Ihq = const

Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì

 

hq

hq hq

Trang 14

Mỗi giai đoạn làm việc của lò HQ (nấu chảy, ôxy hoá, hoàn nguyên) đòi hỏi một công suất nhất định, mà công suất này lại phụ thuộc chiều dài ngọn lửa

HQ Như vậy, điều chỉnh dịch điện cực là điều chỉnh chiều dài ngọn lửa HQ do

đó điều chỉnh được công suất lò HQ Đó là nhiệm vụ cơ bản của các bộ điều

2 Tác động nhanh, đảm bảo khử mạch hay đứt HQ trong thời gian 1,5  3,0s Điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm C của kim loạiv.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  3m/phtrong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền động điện cơ) và 5  6m/ph (khi

Trang 15

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

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 như khi chế độ làm việc bịphá vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây) hay trong chế độ thay đổi tính đốixứng Yêu cầu này càng cần đối với lò 3 pha không có dây trung tính Chế độ HQcủa một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ chế độ HQ của các pha cònlại Điện cực các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển Dovậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để sự làm việc của nó không ảnh hưởngtới chế độ làm việc của các pha khác

5- Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn 20 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 trước khi chất liệu vào lò) và ngược 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 Khingắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt HQ

8- Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới

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 được dùng phổ biến là động cơ mộtchiều 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

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK: Đào quang

minh

15

Trang 16

PHẦN 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

A THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC

I CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC

1, lựa chọn phương án điều khiển bộ biến đổi

Do yêu cầu của hệ thống truyền động là có đảo chiều vì vậy trong mạch động lực ta sử dụng 2 bộ biến đổi măc song song ngươc Và để điều khiển 2 bộ chỉnh lưu này người ta sử dụng 1 số phương án sau :

Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc song song ngược có hai phươngpháp:

- Điều khiển độc lập (điều khiển riêng)

- Điều khiển phối hợp (điều khiển chung)

Ta đi xét riêng từng phương pháp một

a ĐiÒu khiển độc lập:

Ở phương pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau Khi phát choBBĐ thuận làm việc thì BBĐ ngược không được phát xung sẽ khoá lại và ngượclại Phương pháp này có ưu điểm là không phát sinh dòng cân bằng song nhượcđiểm của nó là thời gian đảo chiều lớn, vì để đảm bảo cho sơ đồ làm việc an toànthì yêu cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến đổi làm việc

ở giai đoạn trước phục hồi lại tính chất điều khiển

Trang 17

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên có thể tăng độ tác động nhanh của hệ thống bằng cách giảm thờigian ngừng dòng xuống cực tiểu nhờ những mạch kiểm tra tác động nhanh

b Điều khiển phối hợp:

Ở phương pháp này lại gồm có:

- Điều khiển phối hợp tuyến tính

- Điều khiển phối hợp phi tuyến

* Điều khiển phối hợp tuyến tính:

Ở phương pháp này người ta đồng thời phát xung đến mở cho cả hai BBĐ,với quan hệ góc mở: 1 + 2 = 1800 Khi hệ thống làm việc luôn tồn tại mộtBBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lưu (  900) và một BBĐ làm việc ở chế độnghịch lưu (  900 )

Phương pháp này có ưu điÓm là đảo chiều nhanh, quan hệ giữa điện áp ratrung bình và Uđk là đơn trị Song nhược điểm của nó là làm phát sinh dòng cânbằng gây tổn thất trong BBĐ dẫn đến phải tăng công suất tính toán của các phần

tử

* Điều khiển phối hợp phi tuyến:

Ở phương pháp này người ta cho hai BBĐ làm viện với quan hệ góc mở: 1 + 2 = 1800 + 2

Ưu điểm của phương pháp này là giảm được dòng cân bằng Song nhượcđiểm của nó là tạo ra một khoảng mà với cùng một điện áp điều khiển sẽ có haigiá trị điện áp ra khác nhau, thời gian ngừng dòng khi đảo chiều lớn, làm xấu cácchỉ tiêu chất lượng động khi tải có sức điện động hoặc có điện cảm lớn

c Kết luận:

Qua những phân tích và nhận xét trên đây ta thấy phương pháp điều khiểnriêng có nhiều ưu điểm hơn Vì vậy ta chọn phương pháp này để điều khiển haiBBĐ

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK: Đào quang

minh

17

Trang 18

2 Sơ đồ chỉnh lưu

Vì ta lựa chọn phương pháp điều khiển riêng cho 2 bộ biến đổi tức là khi

bộ thuận làm việc thì bộ ngược nghỉ hoàn toàn và ngược lại do đó ta chỉ phân tích nguyên lý làm việc của 1 bộ thuận còn bộ kia tương tự

t t t

Ft

r k

k

t

Trang 19

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

- áptomá(AB) dùng đống cắt mạch động lực có tác dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch

- Biến dòng Ti dùng biến đổi dòng điện qua sơ đồ chỉnh lưu thành điện áp (Iđc) đưa tới mạch bảo vệ quá dòng điện và cùng điện áp phản hồi tốc độ(n) để

ổn định tốc độ độnh cơ

- Động cơ M là động cơ một chiều kích từ độc lậpdùng nâng hạ điện cực lò HQ

- CK là cuộnn kháng có tác dụng hạn chế dòng ngắn mạch, tốc độ tăng dòngqua anốt của các van đồng thời hạn chế sự ảnh hưởng của lưới điện tới hệ thống

- Bộ chỉnh lưu điện áp có đảo chiều gồm hai bộ chỉnh lưu tia 3 pha (T1 T3)

và (T4  T6) đấu song song ngược có tác dụng biến điện áp xoay chiều thành điện

áp một chiều điều khiển được và có đảo chiều

Do thyristor rất nhậy với điện áp quá lớn so với điện áp định mức ( quá áp) dễgây nên phá hỏng thyristor Nguyên nhân của hiện tượng quá điện áp thì có nhiều loại, gồm cả nguyên nhân phát sinh mang tính ngẫu nhiênở bên ngoài và các

nguyên nhân do quá trình làm làm việccủa bộ biến đổi gây nên có thể không lặp lại hoặc lặp lại theo chu kỳ

Một nguyên nhân khác đáng chú ý là quá áp do quá trình chuyển mạch qua các van

Hiện tượng quá áp xuất hiên khi các van mở hay khoá

Để hạn chế hiện tượng quá áp ta sử dụng mạch R – C mắc song song với các van để bảo vệ van

Trong đó :

Các van chỉnh lưu T1  T3 BBĐ điện áp xoay chiều 3pha bên thứ cấpbiến áp thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải Ed, Ld, Rd

Ud ,id là dòng điện điện áp trên tải

Đại học công nghiệp thái nguyên SVTK: Đào quang

minh

19

Trang 21

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp bộ môn : tự động hoá

d, nguyên lý làm việc

Giả thiết Ld=¥ đồ thị điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp như hình vẽ, sơ

đồ làm việc xác lập trước khi xét wt = 0 Ta giả thiết rằng trước thời điểmwt= 1 thì trong sơ đồ đã có van T3 đang dẫn dòng và các van T1, T2 ở trạngthái khoá Tại wt= 1 (1 chậm sau thời gian mở tự nhiên 1 góc  ) T1 có tínhiệu điều khiển và được đặt điện áp thuận ( vì UT1= Uac) T1 có đủ hai điềukiện mở nên T1 mở

T1 mở ta có Ud = Ua; IT1 = id = Id;UT1= 0

UT2 = Ub – Ua = Uba

UT3= Uc – Ua = Uca

IT2 = IT3 =0

Tại thời điểm này Uba < 0 và Uca < 0 do đó T2 và T3 bị khoá

Tại wt = 2 thì T2 có tín hiệu điều khiển và được đặt điện áp thuận khi

Tại wt = 4 thì có tín hiệu điều khiển được đặt điện áp thuận vào T1

nên T1 mở và làm việc tương tù wt = 1

Trang 22

.I 2.π.π I

3.U

2 2

3 3.

.I 2.π.π I

3.U

1 1

d d d

d 2

1

6 3.

π 2

Với động cơ 1 chiều khi dùng phương pháp điều chỉnh từ thông, thì điện

áp phần ứng được giữ nguyên bằng định mức do đó đặc tính thấp nhất trongvùng điều chỉnh chính là đặc tính có U= Uđm và =đm gọi là đặc tính

cơ bản tốc độ lớn nhất trong giải điÒu chỉnh từ thông  bị hạn chế bởi khảnăng chuyển mạch của cổ góp xấu đi do vậy để đảm bảo điều kiện chuyểnmạch bình thường thì ta cần phải giảm dòng Iư cho phép kết quả là Mcp trêntrục động cơ giảm rất nhanh ngay cả khi giữ nguyên Iư thì khi giảm , mômen cũng giảm rất nhanh

Giả thiết Uư = Uđm= const

Điện trở phần ứng Rư = const khi thay đổi dòng kích từ Ikt động cơ ta

có :

Trang 23

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp bộ môn : tự động hoá

Độ cứng đặc tính cơ :

Ru

x

K ) 2 ( 

Trang 24

Như vậy nhìn vào đặc tính ta thấy khi thay đổi điện áp phần ứng tốc

độ thay đổi mà không làm giảm đặc tính cơ phương pháp này tiết kiệm nhất

vì động cơ đã chọn phù hợp trong toàn giải điều chỉnh và bằng giá trị địnhmức, điều này cho phép động cơ làm việc đầy tải ở mọi điểm của vùng điềuchỉnh

Như vậy ta chọn phương án điều chỉnh điệp áp mạch phần ứng để thayđổi tốc độ động cơ vì các ưu điểm mà ta đã nêu

III CHỌN PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ.

Hiện nay một phương pháp ổn định tốc độ đang được sử dụng rộng rãi

và cho kết quả rất tốt đó là phương pháp sử dụng máy phát tốc độ

Máy phát tốc được nối cứng trục với động cơ và quay với tỉ số tốc độđịnh trước Máy phát tốc sẽ phát ra điện áp, tín hiệu điện áp này được đưađến mạch phản hồi tốc độ tổng hợp cùng một điện áp chủ đạo để thay đổi

I

w

n

FT

Trang 25

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp bộ môn : tự động hoá

Vì nối cứng trục với động cơ nên khi tốc độ động cơ thay đổi dẫn đÕntốc độ máy phát tốc cũng bị thay đổi do đó ưu điểm là tác động nhanh và rấthiệu quả Vì vậy ta sử dụng phương pháp này để ổn định tốc độ động cơ Ngoài phương pháp này ra còn có thể sử dụng cầu đo tốc độ nhưngphương pháp này có rất nhiều nhược điểm

* Sơ đồ khối và nguyên lý tự động ổn định tốc độ

Trang 26

khi đó Uđk = Ucđ1-.n3 => Uđk giảm =>  tăng => Ubbđ giảm dẫn đến điện ápphần ứng động cơ giảm làm cho tốc độ động cơ giảm đến n = n1.

Với phương pháp này thì tốc độ động cơ luôn được giữ ổn định ở giá trịđặt, khâu phản hồi tốc độ sẽ luôn tham gia ở quá trình xác lập và làm tăng độcứng đặc tính cơ của hệ thống

Với việc chọn hệ số khuếch đại và hệ số phản hồi  phù hợp sẽ cho tamột hệ thống làm việc ổn định

Hệ số phản hồi  được xác định như sau:

 =

2 1

2

*

.

R R

R n

R I

U

FT

FT FT

FT

Ta có họ dặc tính điều chỉnh như sau:

IV Chọn phương pháp hạn chế phụ tải ( chưa làm )

Trong quá trình làm việc của hệ thống có thể xảy ra trường hợp quá tảilớn dẫn đến động cơ phải làm việc quá tải , dòng phần ứng tăng cao gây phátnóng dây quấn , phá huỷ cách điện làm hỏng động cơ do đó cần có biệnpháp hạn chế tăng quá cho phép hoặc quá tải lâu dài

V.Các chế độ hãm của động cơ một chiều.

Trang 27

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp bộ môn : tự động hoá

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ khôngtải lý tưởng Khi hãm tái sinh Eư > Uư động cơ làm việc như một máy phátđiện song song với lưới điện So với chế độ động cơ dòng điện và mô menhãm đã đổi chiều và xác định theo biểu thức

2.Hãm ngược.

Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụngcủa động năng tích luỹ trong các bộ phận truyền động hoặc do mô men thếnăng quay ngược chiều với mô men điện từ của động cơ khi đó chống lại sựchuyền động của cơ cấu hãm ngược

Trang 28

- Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng.

- Đảo chiều điện áp phần ứng

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên dặc tính cơ với tải MC tađổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm vào điện trở phụ trong mạch động

cơ chuyển sang làm việc ở điểm B Trên đặc tính biến trở tại B mô men đãđổi chiều chống lại chiều quay của động cơ nên tốc độ giảm theo đoạnBC.Tại tốc độ động cơ = 0 nếu ta cắt phần ứng ra khỏi nguồn điện thì động

cơ sẽ dừng lại Còn nếu vẫn dữ điện áp nguồn đặt vào động cơ tại điểm của

mô men động cơ lớn hơn MC thì động cơ sẽ quay ngược và làm việc tại diểm

D Đoạn Bc là đoạn hãm ngược

Dòng điện hãm được tính:

Ih =

-f u

u u f

u

u u

R R

E U R

R

E U

K

R R K

U u u f

2 ) ( 

Trang 29

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp bộ môn : tự động hoá

3 Hãm động năng.

Hãm động năng là trạng thái hãm mà độn cơ làm việc như một máyphát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tich luỹ được trong quá trình làmviệc trước đó biến thành điện năng tiêu tán tren mạch hãm dưới dạng nhiệt

Có hai trạng thái hãm là hãm động năng tự kích và hãm động năng kích

từ độc lập

ở đây ta xét phương pháp hãm động năng kích từ độc lập thì ta cắt phầnứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm cònmạch kích từ vẫn nối nguồn như cũ

Tại thời điểm ban đầu tốc độ động cơ vẫn có giá trị whd nên Ehd = Kwhd

và dòng điện hãm ban đầu là:

Ihd =

-h u

hd f

u

hd

R R

K R

Hai biểu thức thức trên chứng tỏ dòng Ihd và Mhd ngượcchiều với tốc độban đầu của động cơ

Khi hãm động năng Uư = 0 nên ta có phương trình đặc tính cơ như sau:

w = - u h I u

K

R R

Đây là phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ hãm động năng kích

từ độc lập được biểu diễn như trên

Khi  = const thì độ cứng đặc tính cơ càng cứng mô men hãm lớnhãmcàng nhanh

Tuy nhiên cần chọn Rh sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạncho phép

Trang 30

điện áp lưới thì động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điệnbiến điện năng nhận được từ lưới và cơ năng trên trục thành điện năng đốtnóng điển trở tổng mạch phần ứng vì vậy gây tổn thất năng lượng.

Trong phương pháp hãm tái sinh dòng điện hãm đổi chiều và côngsuất được trả về lưới điện Mà hệ thống truyền động dịch cực lò HQ là cóđảo chiều dùng hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược nên phương pháphãm tái sinh là phương pháp kinh tế nhất

B THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN

I CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

1, Giới thiệu chung

Như ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lưu mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đưa đến mở các tiristo tại các thời điểm yêu cầu Xung điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu như: biên độ , công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi loại tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc thông thường đối với các bộ chỉnh lưu thì độ rộng xung nằm trong khoảng từ (200 - 600 )

s là đảm bảo mở chắc cắn các tiristo mạch điện phát ra các xung như vậy gọi là mạch điều khiển

Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm: + Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: là nhóm mà các hệ thống điều khiển đưa ra các xung suất hiện trên cực điều khiển của các

tiristo đúng thời điểm cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thường bằng chu kìnguồn xoay chiều cấp cho bộ chỉnh lưu ( ngoài ra trong một số trường hợp chu kì xung có thể bằng 1/2 chu kì nguồn)

Nhóm hệ thống này được sử dụng rất phổ biến

Trang 31

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp bộ môn : tự động hoá

cung cấp và trong quá trình làm việc tần số xung được tự động thay đổi để đảm bảo một lượng ra nào đó (Ud , Id ) không thay đổi Để đạt được điều này thì tần số xung phải được khống chế theo sai lệch giữ tÝn hiệu đặt và tínhiệu ra của đại lượng cần ổn định Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên Ýt được dùng, ở đây ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất

2 Lựa chọn phương pháp phát xung

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là:

+ Phát xung điều khiển theo pha đứng

+ Phát xung điều khiển theo pha ngang

+ Phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc

a, Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được

Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểmnổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở  rộng , Ýt phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của

tiristo chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó hệ thống này được sử dung rộng rãi

b, Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc

( UJT )

Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phương pháp này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở  có phạm vi điều chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn

Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp SV: Đào quang minh 13

Trang 32

xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển.

c, Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang

ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và góc pha điều khiển được ( dùng các cầu R- C hoặc cầu

R - L ) Thời điểm suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển Phương pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở  hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tínhiệu điều khiển do vậy thường Ýt được sử dụng

d, kết luận :

Như vậy phương pháp phát xung điều khiển theo pha đứng là có nhiều

ưu điểm nhất và ta sử dụng phương pháp này để áp dụng cho hệ thống

II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN

*Khái niệm mạch phát xung : Để các van của bộ chỉnh lưu có thể

mở được tại các điểm mong muốn, ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên các van phải chịu điện áp thuận cần đưa xung điều khiển đêns cực điều khiển của các van tại thời điểm đó Để hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu của van ta sử dụng mạch điện tạo ra hệ thống tín hiệu Êy.Mạch tạo ra tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển hay hệ thốngđiều khiển các thiết bị chỉnh lưu

Các xung điều khiển thyristor đáp ứng các yêu cầu: Công suất, biên độ,thời gian tồn tại…

Do đặc điểm của thyristor khi đã mở việc có tín hiệu điều khiển nữahay không thì không anhr hưởng dòng qua van Vởy để điều khiển góc củaxung điều khiển gọi là mạch pha – xung

Ngày đăng: 11/05/2015, 21:11

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w