đồ án tự động hóa Thiết kế trang bị điện - Tự động hoá cho hệ thống truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang nấu thép

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HOÁ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP. Giáo viên hướng dẫn : Th.S Trần Xuân Minh Sinh viên thiết kế : Nguyễn Thị Mỹ Hiền. Líp : K34IC. Ngày giao đề tài : . Ngày hoàn thành :  Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 1 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá PHẦN I Giới thiệu công nghệ lò hồ quang và đặc điểm yêu cầu của hệ thống truyền động nâng hạ điện cực của lò ♣1: GIỚI THIỆU CHUNG I. Công dụng Lò hồ quang (HQ) là một loại lò điện mà quá trình biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua ngọn lửa HQ xuất hiện giữa các điện cực với kim loại được gia nhiệt. Lò HQ được sử dụng chủ yếu để nấu chảy kim loại, thường được sử dụng để nấu thép hợp kim chất lượng cao. II. Phân loại Có rất nhiều cách phân loại * Phân loại theo dòng điện cấp cho lò - Lò HQ một chiều - Lò HQ xoay chiều: + Lò HQ 1 pha + Lò HQ 3 pha • Phân loại theo cách phát sinh và duy trì HQ. - Lò HQ nung nóng trực tiếp: HQ phát sinh giữa điện cực và kim loại gia nhiệt (Hình 1.1.a). - Lò nung gián tiếp: HQ phát sinh giữa 2 điện cực (Hình 1.1.b). Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá            ! "#$%& '()$ *+,! * Phân loại theo phương pháp nạp liệu vào lò: - Lò nạp liệu ở sườn - Lò nạp liệu ở đỉnh lò ♣2. Các giai đoạn làm việc trong mét chu trình của lò HQ luyện thép Với lò HQ luyện thép thường được thiết kế ở dạng lò HQ nung nóng trực tiếp và một chu trình làm việc của lò có thể được chia thành 3 giai đoạn với mỗi một số đặc điểm sau: * Giai đoạn 1: - Là giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại. Đây là giai đoạn thực hiện qúa trình gia nhiệt để nhiệt độ của khối nguyên liệu trong lò tăng đến nhiệt độ nóng chảy và nguyên liệu chuyển sang dạng lỏng. - Giai đoạn này chiếm khoảng thời gian bằng 50 - 60% thời gian 1chu trình nấu luyện. Trong giai đoạn này điện năng cấp cho lò chiếm từ 60 - 80% năng lượng điện cấp cho 1 chu trình. Yêu cầu HQ đạt giá trị lớn nhất. Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 3 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá - Do đặc điểm của giai đoạn này là sự biến động nhiều của bề mặt khối nguyên liệu trong lò nên thường hay xảy ra 1 số lần mất HQ và ngắt mạch. * Giai đoạn 2: Giai đoạn oxy hoá và hoàn nguyên - Giai đoạn này có thể chia thành 2 giai đoạn nhỏ + Giai đoạn này người ta cấp nhiệt cho khối kim loại lỏng để thực hiện quá trình oxy hoá cácbon cũng như các hợp chất của lơu huỳnh, phốt pho. Do việc oxy hoá cácbon sinh ra 1 nhiệt lượng tương đối lớn, cho nên trong giai đoạn này công suất HQ chỉ cần 60% công suất giai đoạn 1. Còng do việc oxy hoá cácbon gây nên hiện tượng sôi rất mạnh của kim loại nên cũng dễ xảy ra một số làn ngắn mạch, HQ ở giai đoạn này cũng yêu cầu duy trì tương đối ổn đinh. + Giai đoạn trước khi cho thép ra lò. Trong giai đoạn này tiếp tục quá trình khử các hợp chất của lưu huỳnh, của oxy giảm dần nhiệt độ hợp kim hoá kim loại. Nhiệt năng cấp cho lò ở giai đoạn này cần tương đối Ýt. Công suất của HQ chỉ bằng cỡ 30% công suất của giai đoạn 1 và cũng yêu cầu HQ phải ổn định. * Giai đoạn 3 Còn gọi là giai đoạn phụ. Trong giai đoạn này người ta thực hiện lấy sản phẩm ra khỏi lò, tu sửa, vệ sinh lò và nạp nguyên liệu vào lò. Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 4 - - - p hq  ./0 123 45$/0 /63 /  $3! 789 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá ♣3. MẠCH ĐIỆN CHÍNH LÒ HỒ QUANG I. Giới thiệu chung về sơ đồ: Sơ đồ mạch điện chính lò HQ được trình bày ở hình 1.3 Điện áp cấp cho lò lấy từ trạm biến áp lò. Điện áp vào là 6, 10, 35, hay 110 KV tuỳ theo công suất lò. Sơ đồ có các thiết bị chính  sau: Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa. Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò HQ khỏi ngắn mạch sự cố. Nó được chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy cắt 1MC cũng dùng để đóng cắt mạch lực dưới tải. Cuộn kháng K dùng hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định sự cháy của HQ. Khi bắt đầu nấu luyện xảy ra ngắn mạch làm việc, máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng K tham gia vào mạch, hạn chế đóng mạch. Khi nguyên liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng. ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu cần Ýt hơn thì 2MC lại mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất cấp cho lò. Với lò HQ công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K. Việc ổn định HQ và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm. Sơ đồ điện lò hồ quang dung lượng dưới 20T (H.1.3) Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp. Việc đổi nối cuộn sơ cấp thành hình ∆ hay hình sao thực hiện nhờ các máy cắt 3MC, 4MC. Cuộn thứ cấp của BAL nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn “MN” không phân nhánh, không có mối hàn. Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 5  :;,<1=,> ?@$:A' Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá Phí 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 Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 6 BC BD* C 'E F ∆ 'E 8GH.:50.!IJ$: AK$(LK(' M * 'N  ∼  ∼ B* O PO M M M * * PO PO PO OB Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá Số quá tải dòng tăng. Nhờ vậy 1MC ngắt mạch lực của lò khi chỉ có ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý được. Với ngắn mạch làm việc trong thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mà chỉ có tín hiệu đều và chuông. Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra  vôn kế, ampe kế, công tơ điện, pha kế Phía thức cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế đo dòng HQ, 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 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 BVĐK cũng được nối với máy biến điện áp TU và các máy biến dòng 1TI, 2TI. II. Máy biến áp lò 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 cấp rất lớn (tới hàng trăm KA) - Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới (2-4)I đm . - Có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch. - Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một thờihạn rộng. - Phải làm mát tốt vì dòng lớn, hay có các ngắn mạch và vi biến áp đặt ở nơi kín lại gần lò. - Công suất BLA có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai đoạn nấu chay vì ở các giai đoạn khác, lò đòi hỏi công suất tiêu thụ Ýt hơn. Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 7 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá - Nếu coi rằng, trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất năng lượng trong lò HQ, trong BAL và cuộn kháng K được bù trừ bởi năng lượng của phản ứng toả nhiệt thì công suất BLA có thể xác định bởi nhiều biểu thức: S BAL = ϕ cos sdnc kt W [KVA] Trong đó: T nc : Thời gian nóng chảy (trừ lúc dừng lò) K sd : hệ số sử dụng công suất BAL trong giai đoạn nấu chảy cosϕ: hệ số công suất của thiết bị là HQ W: năng lượng hữa Ých và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và dừng là giữa 2 mẻ nấu (KWh) W= w.G Trong đó: G: khối lượng kim loại nấu (T) w: suất chi phí điện năng để nấu chảy suất chi phí điện năng giảm đối với là có dung lượng lớn Thường W = (400÷600) KWh/T Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu đến khi kết thúc việc nấu chảy. Thường thì thời gian này từ (1÷3) h tuỳ dung lượng lò. Hệ số sử dụng công suất BAL thường là 0,8 ÷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 Hiện nay, công suất BAL ngày càng có xu hướng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy. Cuộn thứ cấp BAL thường nối ∆ vì dòng ngắn mạch được phân ra 2 pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây số 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. Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 8 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá III. Mạch ngắn Mạch ngắn là phần dây dẫn điện nối từ đầu của bên thứ cấp BAL đến điện cực, dòng điện đi qua mạch ngắn rất lớn có thể đạt đến hàng trăm KH và tổn hao nhiệt trên mạch ngắn chiếm 70÷80% toàn bộ tổn hao trong lò HQ. Do vậy, yêu cầu đặt ra với mạch ngắn là càng ngắn, càng tốt (BAL phải đặt gần lò). Do đặc điểm của phần dây đấu từ thứ cấp máy BAL đến điện cực phải chịu được dòng điện rất lớn nhưng dây dẫn phải mềm dẻo nên người ta thường chế tạo bằng các lá đồng mỏng ghép lại. Ngoài ra đối với các lò HQ 3 pha 1 yêu cầu quan trọng đối với mạch ngắn là tổng trở của mạch ngắn trong 3 pha phải bằng nhau. Điều này thường khó thực hiện do hiệu tương hỗ cảm giữa các dây dẫn. Để khắc phục sự mất đối xứng của tổng trở mạch ngắn gây nên bởi hiện tượnghỗ cảm người ta thực hiện bố trí các điện cực nằm ở trên các đinh của một tam giác đều trên nắp lò đồng thời thực hiện nối hình ∆ cuộn dây thứ cấp MBA lò ở ngay trên điện cực. Trong trường hợp này mạch ngắn được bố trí thành các hệ 2 dây. Đ4 . ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT LÒ - YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN I. Yêu cầu về điểu chỉnh công suất và ổn định công suất HQ Từ công nghệ của lò HQ, ví dụ  đối với lò luyện thép ta tháy rằng trong 1 mẻ nấu luyện ở các khoảng thời gian khác nhau yêu cầu công suát HQ khác nhau. " vậy, trong quá trình làm việc yêu cầu phải điều chỉnh được công suất HQ. Mặt khác ở 1 chỗ đo cụ thể thì yêu cầu phải giữ ổn định công suất HQ II. Điều chỉnh công suất hồ quang Để thực hiện điều chỉnh công suất HQ khi lò đang làm việc Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 9 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá - Điều chỉnh có cấp bằng cách thay đổi có cấp điện áp bên cuộn thứ cấp máy BAL nhờ việc thay đổi điểm đấu phân áp hoặc cách đấu dây cuộn sơ cấp - Điều chỉnh trơn hoặc bằng cách thay đổi chiều dài HQ (khoảng cách từ bề mặt điện cực đến kim loaị) nhờ hệ thống truyền động dịch chuyển điện cực. III. Ổn định công suất Ổn định chiều dài HQ nhờ hệ truyền động dịch điều cực Đ 5. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG DỊCH ĐIỆN CỰC LÒ HQ NUNG NÓNG TRỰC TIẾP CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỐNG CHẾ HỆ THỐNG TĐĐ I. Các yêu cầu 1. Đủ độ nhạy để đảm bảo sự làm việc của lò duy trì được dòng điện HQ không sai lệch khoảng (4÷5)% giá trị đặt và có 1 vùng không nhạy phù hợp, ở giai đoạn đầu: ±(3÷6)%, giai đoạn 2: ±2%. 2. Tác động nhanh, loại trừ ngắn mạch làm vỉa và đứt HQ với thời gian từ (1,5÷3)s 3. Thời gian điều chỉnh nhỏ 4. Hạn chế đều mức tối đa dịch điện cực không cần thiết đặc biệt đối với lò HQ nhiều pha, hệ thống truyền động của điện cực phải độc lập. 5. Có khả năng điều chỉnh trơn công suất HQ từ (20 - 125%) công suất định mức với sai số không được quá 5%. 6. Có thể chuyển đổi nhanh chế độ điều khiển từ tự động sang bằng tay và ngược lại. 7. Tự mồi HQ khi bắt đầu làm việc và khi đang làm việc xảy ra mất HQ hoặc ngắn mạch. 8. Dừng tất cả các điện cực khi mất điện lưới. II. Các phương pháp khống chế hệ truyền động dịch điện cực. Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 10 [...]... ngi ta ngy cng s dng cỏc h truyn ng lng súc c cung cp v iu chnh tc nh b bin tn 2 H thng truyn ng in dựng h T - 1CL BD R1 2R NG D1 KĐ D2 FX1 ĐK R2 NĐKT FX2 1C 3R KKN 2C 2CL 2BA DZ DZ 4R 5R D D Trng H K thut Cụng nghip M C KTM 21 Hình 2- 3 : Sơ đồ điều khiển dịch cực lò hồ quang bằng hệ thống T - Đ ỏn tt nghip hoỏ a B mụn T ng Gii thiu s h thng truyn ng in S hỡnh 2.3: * Phn mch lc M: ng c mt chiu kớch... * *c ic iT 3 H.2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ chỉnh lu hình tia 3 pha Trng H K thut Cụng nghip 26 ỏn tt nghip hoỏ B mụn T ng - BA l mỏy bin ỏp 3 pha dựng cung cp cho s chnh lu - Cỏc Thysistor T1, T2, T3 dựng bin in ỏp xoay chiu 3 pha bờn th cp mỏy bin ỏp BA l Ua, Ub, Uc thnh in ỏp 1 chiu trờn ti Ud - M l ng c 1 chiu kớch t ng lp - CKT l kớch t cho ng c - CK l cun khỏng san bng - iA, iB, iC l dũng cỏp... ca li in ti h thng - CB1, CB2 l cỏc cun khỏng cõn bng hn ch dũng cõn bng phỏt sinh gõy tn tht trong b bin i, gim cụng sut tớnh toỏn cho cỏc cụng trỡnh - CKT: Cun kớch t cho ng c - T1 ữ T6 : b chnh lu in ỏp cú o chiu gm 2 b chnh lu hỡnh tia 3 pha (T1, T2, T3) v (T4,T5,T6) u song song ngc cú tỏc dng bin in ỏp xoay chiu thnh in ỏp mt chiu iu khin c v cú o chiu - R-C: Cỏc phn t bo v cho Thyistor Do Thysistor... cỏc phn t trong s - AB l Aptomat dựng úng cỏc mch ng lc, cú tỏc dng bo v quỏ ti, ngn mch - BAL l mỏy bin ỏp ng lc, cung cp in ỏp cho b bin i - M l ng c 1 chiu kớch t c lp dựng nõng h in cc lũ HQ a c b ab * * * bađl * T1 c 0 * * r T4 C m ckt T5 T2 n c r r c r m T6 T3 C cb 1 C R R cb 2 a ck H.2.8: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Trng H K thut Cụng nghip 35 ỏn tt nghip hoỏ B mụn T ng - CK l cun khỏng... 8R 4CL + _ 1CD 1R 1CL CFA Đ RA HN 10R _ MĐKĐ + RD 9R 5R RTh CKĐ 5 6 TĐ RA RTh + 3R _ RD CĐC1 4R TĐ 7 8 1 2 N 9 10 1K 2CD CĐC2 2R CC 11 12 H 2K 3 4 N 2CL điện lực cơ cấu truyền động điện lực Nồi lò Hỡnh 2.2 S iu khin h thng nõng h in cc lũ HQ dựng h MK- Trng H K thut Cụng nghip 16 ỏn tt nghip hoỏ B mụn T ng CC2: Cun iu chnh 2 l cun dõy kớch thớch c t tớn hiu ch o trong ch lm vic bng tay CFA: Cun phn... trớ T, tip im ni gia cỏc im 5 - 6 7 - 8, s kớn, cũn cỏc tip im khỏc h mch Nh vy, trờn cun dõy CC1 v in tr 3R c t in ỏp Ukc Ukc = aIhq - bUhq (Ly gia con trt ca 4R, 5R) + ) Khi tng tr HQ: Zhq = Zhq0 (Giỏ tr t Zhq0 = b ) a Ukc = 0 MK khụng c cp kớch thớch cho nờn sut in ng ca nú bng khụng +) Khi Zhq < Zhq0, tc l in cc gn kim loi hn so vi khong cỏch t dn n dũng HQ tng lm cho in ỏp vựng HQ s gim bUhq 0 6 S m ca T1 lm cho. .. iu khin m T1 Thysistor ny m vỡ Ua > 0 6 S m ca T1 lm cho T3 khoỏ li mt cỏch t nhiờn Vỡ Ua > Ub lỳc ny T6 v T1 cho dũng chy qua in ỏp trờn ti: Ud = Uab = Ua - Ub Khi = 1 = 3 + cho xung iu khin m T2 , lm cho Thysistor ny m 6 khi T6 dn dũng nú t Ub lờn Anot T2 Khi = 1 thỡ Ub > Uc S m ca T2 lm cho T6 khoỏ mt cỏch t nhiờnvỡ Ub > Uc Cỏc xung iu khin lch nhau mt gúc c ln lt a 3 ti cc iu khin ca cỏc Thysistor... cú 2 phng phỏp - iu khin c lp (iu khin riờng) - iu khin phi hp (iu khin chung) * iu khin c lp phng phỏp ny cú 2 b bin i lm vic c lp vi nhau Khi phỏt cho b bin i thun lm vic thỡ b bin i ngc khụng c phỏt xung s khúa li v ngc li Phng phỏp ny cú u im l khụng phỏt sinh dũng cõn bng song nhc im ca nú l thi gian o chiu ln Vỡ m bo cho s lm vic an ton thỡ yờu cu phi cú thi gian ngng dũng cho cỏc van ca... kớch t cho ng c M KTM l cun kớch t, Ngoi ra trong h thng cũn s dng phn hi õm dũng in co ngt (trờn s khng ch biu din) b Hot ng ca s * Khi lũ lm vic bỡnh thng - Tớn hiu u b khuych i K gm: Ukc - U U U l hin lng in ỏp t ca khõu khụng nhy Tớn hiu ny c a qua khõu khụng nhy n u vo b K, nú c khuych i lờn, cng nh ch to ra lm chc nng iu khin v x lý iu khin 2 b phỏt xung FX1, FX2 Khi Ukc - U > 0 v Ukc - U . Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động hoá ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HOÁ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP. Giáo. II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG ♣1. GIỚI THIỆU CHUNG Các lò HQ nấu luyện kim loại đều có hệ thống điều chỉnh tự động việc dịch điện cực vì nó có cho. của đồ án, em thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động dịch điện cực lò hồ quang. Trong đó, thiết kế mạch lực, mạch điều khiển, ngoài ra do yêu cầu công nghệ của lò HQ ta phải thiết kế