GIÁO TRÌNH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG PHẦN 2 chuong 5 den 7

CHƯƠNG THIẾT BỊ ĐỐT NÓNG BẰNG HỒ QUANG ĐIỆN -oOo - 5.1 SỰ ION HOÁ CHẤT KHÍ VÀ KHÁI NIỆM VỀ PLASMA : Trong điều kiện bình thường chất khí hỗn hợp khí như: không khí, khí argon, helium, CO2 … không dẫn điện Sự dẫn điện xảy môi trường khí, phân tử, nguyên tử trung hoà xuất phần tử mang điện electrons, ions dương âm, chất khí trở thành plasma Plasma trạng thái thứ tư vật chất (ngoài trạng thái rắn, lỏng khí đặc trưng có mặt phần tử mang điện môi trường chất khí Plasma dẫn điện tuân thủ theo đònh luật từ khí động Sự chuyển hoá chất khí thành plasma phải trải qua vài giai đoạn Đối với chất khí phân tử, trình phân ly : hình thành nguyên tử, trình ion hóa chất khí tác động yếu tố bên : nhiệt độ, tia vũ trụ α, γ, β, tia rơngen (roentgen), tia cực tím, tia laze, điện trường từ trường Để tạo ion, nguyên tử trung hoà cần phải nhận lương từ bên đủ để vượt qua lực hút Coulon điện tử (electron) hạt nhân Năng lượng gọi lượng ion hoá A i: AI = e0 Ui (ev) (5.1) Trong : e0 điện tích điên tử, UI điện ion hoá Năng lượng cung cấp cho electron sinh động đủ lớn để ion hoá nguyên tử trung hoà va chạm với Tuỳ theo tính tích cực hóa học chất khí, lượng ion hoá có giá trò vào khoảng từ 3,9 đến 26 (ev), cụ thể : K : 4,3; Fe : 7,9; H : 13,6; N : 12,4; He : 24,6 (ev) Phương trình cân lưc tác động electron có điện tích đơn vò e phần tử có khối lượng m có dạng : e0E = m dv = m a (5.2) dt Với E điện trường (V/m); m khối lượng phần tử (g) 71 v tốc độ phần tử (m/s); a gia tốc (m/s2) Ở tốc độ ban đầu zéro, vận tốc phần tử thời điểm t : e  vt =   E.t m (5.3) Đoạn đường phần tử thời gian t Lt = 0,5 vt = (0,5 e0 / m) E t2 (5.4) Tốc độ đoạn đường phần tử vượt qua thời gian t xác đònh giá trò (e0/m), gọi điện tích đơn vò Vì chuyển động tự điều kiện điện trường tốc độ electron lớn nhiều so với tốc độ ion Nếu thay E = U/lt vào (5.3) (5.4) nhận biểu thức xác đònh tốc độ electron (5.5) ve = e0U /(2me ) = 2,97.105 U Còn tốc độ ion với nguyên tử có khối lượng M điện tích Z : vi = e0U Z / MM ) = 6,95.103 ( Z / M )U (5.6) biểu thức (5.5) (5.6) : me khối lượng electron, M0 = 1822; me khối lượng đơn vò nguyên tử Có hình thức ion hoá chất khí chủ yếu sau : Ion hoá tự nhiên : Dưới tác động tia vũ trụ (α, γ …) nguyên tử khí bò tách thành electron ion dương Số lượng ion nhận ion hoá tự nhiên chất khí Sự tự phát xạ electron : Qúa trình diễn có tác động điện trường E lên điện cực Các electron tự mạng tinh thể điện cực (chất rắn).dưới tác động điện trường, nhận lượng đủ lớn để vượt qua màng chắn điện vật chất bay môi trường chung quanh điện cực Sự phát xạ electron nhiệt : Trong trường hợp này, nguồn cung cấp lượng cho electrons tự mạng tinh thể chất rắn nhiêt độ Các electrons nhận đủ lượng có khả thoát khỏi chất rắn bay môi trường xung quanh Sự ion hoá va đập Dưới tác động điệ trường hai điện cực, ion electron thực trình chuyển động gia tốc phía điện cực tương ứng Trên hành trình chúng va đập với phân tử, nguyên tử trung hoà chất 72 khí Sự va đập nguyên tử trung hoà lại kích lên mức lượng cuối chúng bò tách thành electron ion dương 5.2 CẤU TRÚC CỦA SỰ PHÓNG ĐIỆN HỒ QUANG : Sự phóng điện hồ quang đăc trưng mật độ điện cao (10 đến 106 A/cm2), nhiệt độ cao (3 đến 5) 103oK Hồ quang phát sinh tạo thành vầng lửa chói lòa đươc phân biệt thành khu vực rõ rệt Khu vực gần cathode : đươc gọi vệt cathode, tác động điện trường nhiệt độ, electrons thoát từ điện cực cathode với mật độ lớn, chúng va đập với ion dương hành trình với cathode gây nhiệt độ cao khu vực (từ 7000 đến 10000 0K) vệt cathode có độ lớn vào khoảng 10 -6m, điện áp phân bố vệt vào khoảng 20 volts điện trường có giá trò lớn (từ 10 đến 20) 106 v/m Khu vực gần anode : gọi vật anode Ở electrons trao điện tích giải phóng lượng tập trung dạng nhiệt đốt nóng anode lên đến nhiệt độ từ 7000 – 100000K Độ lớn vệt anode vào khoảng 10-6m điện áp rơi khu vực vào khoảng từ 10 đến 20 volts Do điện trường tập trung có giá trò lớn (10 – 20).106 v/m 73 Khu vực lại gọi thân hồ quang Khu vực có chiều dài gần khoảng cách điện cưc Tại nhiệt độ sinh chủ yếu va đập electrons phần tử khác (2000 đến 30000K) điện trường vùng thân hồ quag thấp nhiều so với điện trường vùng vệt (H.5.1) Điện áp phân bố vùng hồ quang Uhq = ∆Uc + ∆Ua + E1 ∆l (5.7) Trong (5.7) : ∆Uc, ∆Ua tương ứng giá trò điện áp rơi vệt cathode vệt anode, E1 cường độ điện trường thân hồ quang; ∆l chiều dài thân hồ quang 5.3 ĐIỆN CỰC DÙNG TRONG CÁC THIẾT BỊ HỒ QUANG : Điện cực sử dụng trình công nghệ thiết bò hồ quang chia làm hai loại : điện cực khó nóng chảy điện cực nóng chảy Các điện cực khó nóng chảy : Điện cực loại thường chế tạo từ than vật liệu có sở từ than cộng thêm thành phần kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao : wolfram, molibden, tantal, titan, … Lợi dụng khả chòu đựng nhiệt độ cao khả phát xạ với mât độ dày đặc electrons, điện cực loại thường sử dụng trình công nghệ sau : a Trong thiết biï sử dụng điện cực tiêu hao (trong lò hồ quang chân không) b Trong thiết bò sử dụng điện cực không tiêu hao (trong buồng đốt plasma, lò hồ quang chân không …) (H.5.2) mô tả kết cấu điện cực wolfram không tiêu hao 74 Các điện cực nóng chảy : Các diện cực loại đïc sử dụng chủ yếu công nghệ hàn hồ quang, nấu chảy kim loại hợp kim lò hồ quang chân không …… 5.4 CÁC LÒ LUYỆN KIM HỒ QUANG : Có thể phân lò hồ quang thành loại sau : Lò hồ quang tác động gián tiếp: hồ quang cháy điện cực bố trí phía bên lớp vật liệu cần đốt nóng Sự trao đổi nhiệt hồ quang lớp liệu nằm phía bên chủ yếu dựa sở xạ nhiệt Lò hồ quang tác động gián tiếp: loại này, hồ quang cháy đầu điện cực lớp liệu cần đốt nóng Nhiệt độ đốt nóng sinh chủ yếu nhờ qúa trình vùng vệt anode vệt cathode, nhờ dòng điện chảy qua kim loại nóng chảy, nhờ xạ nhiệt từ lửa hồ quang nhờ đối lưu dẫn nhiệt Lò hồ quang chân không: lò loại này, hồ quang cháy môi trường khí trơ kim loại nóng chảy điều kiện áp suất thấp Điện cực thường chế tạo từ vật liệu nóng chảy từ vật liệu khó nóng chảy Hình 5.3 : trình bày sơ đồ kết cấu nguyên lý lò hồ quang gián tiếp Lò hồ quang gián tiếp thường có dung tích từ 0,25 – 0,5 tấn, sử dụng điện cực than Dòng điện cung cấp máy biến áp có công suất từ 17,5 đến 400KVA Hình 5.4 : trình bày sơ đồ kết cấu nguyên lý lò hồ quang trực tiếp Hình 5.5 : cho biết biểu đồ cung cấp công suất điện áp cho lò hồ quang trực tiếp dùng công nghệ nấu thép Công nghệ nấu thép bao gồm công đoạn sau : 75 Nấu chảy nguyện liệu, tách khí khử oxy, xác đònh thành phần kim loại hợp kim (tinh luyện), đổ kim loại nóng chảy khuôn đúc Đặc điểm công đoạn nấu chảy kim loại cháy không ổn đònh hồ quang Thời gian nấu chảy kim loại chiếm vào khoảng nửa số thời gian toàn trình luyện kim Chi phí lượng chiếm từ 60 – 80% Chu kỳ nấu chảy kết thúc toàn kim loại lò luyện kim chuyển sang trạng thái lỏng Quá trình tách tạp chất diễn sau : đầu tiên, đo nhiêt độ lò tương đối thấp, chậu kim loại nóng chảy diễn phản ứng thu nhiệt mạnh làm oxy hoá sắt, silicium, manganses phốt Chúng lên bề mặt kim loại nóng chảy hình thành lớp xỉ có chứa thành phần dễ bò 76 ion hoá, giai đoạn hồ quang cháy tương đối ổn đònh Để đẩy nhanh trình này, người ta đổ thêm vào lò lượng quặng sắt đònh thổi oxygen vào lò Sau lớp xiû vớt khỏi lò luyện kim, khoảng thời gian từ 10 – 15 phút Tiếp theo giai đoạn tinh luyện kim loại, lúc người ta bổ sung vào lò luyện kim số lưộng cần thiết thành phần kim loại tạo thành hợp kim Cuối giai đoạn đổ kim loại khuôn Việc nấu luyện kim loai hồ lớn diễn thời gian từ – mẻ Trong 1,5 – 2,5 dành cho việc nấu chảy kim loại, – dùng để oxy hóa, khử oxy tinh luyện kim loại Tuỳ theo dạng nguyên liệu, chất phụ gia, thành phần kim loại đònh chế độ làm việc lò giai đoạn khác trình côg nghệ, kết cấu lò hồ quang, thành phần sơ đồ cung cấp diện đòi hỏi phải có yêu cầu đặc biệt : Khả điều chỉnh công suất cách linh hoạt Đảm bảo ổn đònh áp suất lò Khả thích nghi đáp ứng nhanh chóng hệ thống truyền động điện Khả hạn chế bảo vệ cố xảy lò, cố ngắn mạch dòng điện pha thường xuyên xảy trình nấu chảy kim loại Thông thường lò hồ quang, nhiều điện cực cần phải bố trí hệ thống truyền động riêng cho điện cưc Hệ thống cần đươc tự động hóa mức độ cao Điện cực lò hồ quang nấu luuyện kim loại thường loại khó nóg chảy loại nóng chảy Chúng có tiết diện tròn chế tạo dạng thỏi, có ren dọc theo chiều dài tới phân nửa chiều dài toàn điện cực dùng để vặn ống nối Phụ thuộc vào đường kính điện cực chúng chế tạo có chiều dài từ 1000 – 1800mm Điện cực than grafit (than chì) thường có điện trở suất lớn, chế tạo phương pháp nhân tạo lò liuyện đặc biệt Ngoài dung điện cực than – antraxit cộng thêm thành phần thay cốc vài loại keo đặc biệt, nấu luyện lò chân không nhiệt độ 1600 0K 77 5.5 TRANG BỊ ĐIỆN TRONG CÁC LÒ LUYÊN KIM HỒ QUANG : Lò luyện kim hồ quang thân thiết bò dùng điện công suất lớn (từ 400 đến 30.000 KVA), thiết bò bảo vệ đo lường phải đảm bảo tin cậy Có thể hình dung sơ đồ bố trí thiết bò lò luyện kim hồ quang (H.5.6) Sơ đồ điện lò hồ quag (H.5.6) đươc trình bày (H.5.7) Trong sơ đồ điện động lực bao gồm hai phần : Phần cao áp (6, 10, 15, 35KV) gồm có dây nối, khí cụ điện đóng cắt mạch điện động lực, kháng điện, cuộn dây sơ cấp máy bién áp lò Phần hạ áp (110 – 213 – 591 V) bao gồm hệ thống mạch vòng thứ cấp với bắt cố đònh với đầu máy biến áp lò, hệ thống dây dẫn mềm nối với điện cực có khả di động lên xuống trình làm việc, hệ thống điện cực hồ quang điện Mạch vòng thứ cấp máy biến áp lò chòu dòng điện lớn (100KA lớn hơn), chúng thường có tiết diện lớn chế tạo thành tập từ băng đồng mỏng dạng ống làm mát nước Hệ thống bảo vệ động lực bao gồm kháng điện dùng để hạn chế dòng điện ngắn mạch, chúng lắp đặt cho riêng pha điện áp, để bảo vệ cố khác ngắn mạch ba pha, tải, sụt áp, … người ta lắp đặt máy ngắt điện bên phần cao áp hệ thống Hệ thống đo lường thông số điện hệ thống điện cao hạ áp thực thông qua máy biến áp đo lường : máy biến dòng biến điện áp 78 Việc điều chỉnh tự động công suất lò thực hệ tự động điều chỉnh công suất Thông qua tín hiệu điều khiển nhận thực việc chuyển cấp điện áp máy biến áp lò Đặc tính đại lượng số công nghệ lò luyện kim hồ quang biểu diễn ỡ (H.5.8) Từ đồ thò (H.5.8) thấy dòng điện I’ chi phí lượng N nhỏ nhất, suất g lò cao, thời gian nấu chảy t nhanh Ở dòng điện I” tương ứng với công suất hồ quang P h lớn thời gian nấu chảy t nhỏ hình thành chế độ suất N cao Chế độ làm việc tối ưu lò hồ quang thường xác đònh giá trò dòng điện nằm khoảng I’ < I < I” Ở lò hồ quang có chi phí lượng 65KWh/tấn giá trò dòng điện tối ưu vào khoảng 57 KA Ở lò có N = từ 280 đến 310 KWh/tấn I = 62KA 79 5.6 LÒ HỒ QUANG CHÂN KHÔNG : Để nâng cao chất lượng kim loại nấu luyện từ thiết bò luyện kim thông thường khác lò hồ quang gián tiếp trực tiếp, kim loại luyện lại điều kiện áp suất thấp lò hồ quang chân không, nhờ giảm hàm lượng tạp chất khí hoà tan chứa kim loại Lò hồ quang chân không chủ yếu dùng để nấu kim loại quý : titan, wolfram, tantal, molybden loại thép đặc biệt chất lượng cao p suất làm việc buồng lò hồ quang chân không vào khoảng 1,0 đến 0,001 Pa Trong lò đại nhận thỏi kim loại đúc có trọng lượng từ vài trăm kg đến 50, 60 Điện cực lò hồ quang chân không chuẩn bò từ nguyên liệu thân kim loại cần nấu luyện, ví dụ : để luyện titan, điện cực chế 80 đồng thời điện trở máy biến áp phận điều chỉnh phải mang tính trở kháng Thông thường điện áp trì hồ quang máy hàn hồ quang tay xác đònh 30V Dòng điện hàn điều chỉnh cách làm thay đổi số thông số máy biến áp hàn, thông thường làm thay đổi điện kháng Khi thay đổi điện kháng nhận họ đặc tính máy biến áp hàn trình bày (H.7.2) 7.3 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VỀ MẶT LÝ THUYẾT CỦA MÁY BIẾN ÁP HÀN : Các quan hệ : Để trì hồ quang cháy cách liên tục hạn chế dòng điện ngắn mạch thực việc hàn hồ quang cần thiết điện trở mạch điện phải lớn mang tính cảm máy biến áp điện lực thông thường điện kháng có giá trò nhỏ máy hàn hồ quang điện kháng tăng lên nhờ biện pháp nhân tạo : nối điện kháng nối tiếp thêm vào cuộn dây thứ cấp máy biến áp, làm cho điện kháng thân máy biến áp tăng lên cách làm cho điện kháng tản cuộn dây tăng lên bố trí thêm cuộn kháng điều chỉnh mạch từ máy biến áp Sơ đồ thay máy biến áp hàn trình bày (H.7.3), : R điện trở thuần, L tự cảm, M hỗ cảm Đối với máy biến áp mô tả (H.7.3) phương trình cân viết sau : U = R1 I1 + jϖL1 I1 + jϖMI (7.4) O = U + R2 I + jϖL2 I + jϖMI1 (7.5) Hệ số hỗ cảm trường hợp : M = K M Lσ Lσ (7.6) σ = − K M2 (7.7) 102 : M hệ số hỗ cảm, KM : hệ số quan hệ từ Hệ số tản từ σ : máy biến áp thông thường hệ số quan hệ từ K M thường có giá trò lớn máy biến áp hàn, từ tản σ thường có giá trò lớn, hệ số quan hệ từ KM có giá trò bé Sự giảm K M đạt cách làm tăng khoảng cách cuộn dây sơ cấp thứ cấp máy biến áp (H.7.4), bố trí shunt từ chúng (H.7.5) bố trí cuộn kháng điều chỉnh mạch từ máy biến áp trình bày (H.7.6) Ngoài để đạt đặc tính dốc điều chỉnh giá trò dòng điện hàn, sử dụng nguyên lý làm thay đổi điện kháng tản cách thay đổi vò trí cuộn dây sơ cấp mạch từ trình bày (H.7.7) 103 104 (H.7.7a), cho thấy rằng, hai cuộn dây sơ cấp W thứ cấp W2 máy biến áp bố trí lõi thép mạch từ đặc tính U2 = f (I2) có dạng đặc tính cứng Trong trường hợp cuộn W W2 bố trí hai lõi khác mạch từ máy biến áp (H.7.7b), đặc tính có dạng đặc tính mềm (có độ dốc lớn) Để thay đổi giá trò dòng điện hàn, nói cách khác đi, để nhận họ đặc tính máy biến áp hàn cần phải thay đổi khoảng cách x cuộn dây (H.7.4), thay đổi độ lớn mạch shunt từ mạch từ máy biến áp (H.7.5 H.7.6) Đối với loại máy biến áp hàn theo nguyên lý thay đổi vò trí tương đối cuộn dây W W2 theo nguyên tắc chuyển mạch cuộn dây sơ cấp trình bày (H.7.8) phải đảm bảo điều kiện W = const 105 Trong trường hợp để điều chỉnh giá trò dòng điện hàn, sử dụng chuyển mạch để nối tắt điểm tương ứng 1-1’, 2-2’, 3-3’, 4-4’ Để đảm bảo số vòng dây sơ cấp không thay đổi nấc điều chỉnh móc từ cuộn dây W1 W1’ phải có số lượng vòng dây Trong trường hợp đặc tính máy biến áp hàn biểu diễn (H.7.9) Sơ đồ vector : Khi thay đổi đại lượng thứ cấp sơ cấp xây dựng sơ đồ vector máy biến áp hàn trình bày (H.7.10) 106 107 Vì hồ quang chứa đựng thành phần điện trở nên vector dòng điện I’2 = OB trùng với vector điện áp U’2 = OA Vector : AC = I’2 R’2 độ rơi điện áp cuộn dây thứ cấp W2 máy biến áp Vector I’2 ω L’2 = CD sức điện động tự cảm vượt 900 trước vector I’2 Còn I’1 ω MW1/W2 = OD : sức điện động hỗ cảm Vector dòng điện I1 = OS vượt trước vector OD 900, tổng vector I’2 = OB vector dòng điện từ hoá Iµ = I0 = OF Vector OF vượt trươc vector sức điện động cuộn dây thứ cấp OE với 900 Khi dòch chuyển song song tam giác ∆EDO cho chiếm vò trí ∆OgH theo hướng g.H ta có gK =I1ωL1 cộng thêm với vector KP = I 1R1 nhận vector OP =U1 Vector OH = -E1 vector sức điện động cảm ứng từ từ thông Cụ thể : − E1 = E '2 = ( I1 + I '2 ) jωM W1 W2 (7.8) Các vector HK CE sức điện động cảm ứng từ từ thông tản Eσ = I1 jωLσ − I1 jωM W1 W2 Eσ = I jωLσ − I jωM (7.9) W1 W2 Khi cho trước điện áp U = OP vector EH phụ thuộc vào giá trò sức điện động cảm ứng từ từ thông từ thông tản Nó thay đổi giá trò quay đường tròn tâm O Từ tản lớn máy biến áp hồ quang gây lệch pha lớn Ψ2 vector U2 E2 Sự lệch pha vector I1 U1 tổng góc pha : ϕ1 = Ψ1 + Ψ2 + v (7.10) Trong Ψ1 góc lệch pha vector E ϕ1, v góc lệch pha ban đầu I1 U1 Điều chỉnh dòng điện hàn : 108 Khi có ngăn mạch bên thứ cấp máy biến áp hàn (do trình mồi hồ quang), dòng điện sơ cấp : I ln = U1  L  R1 + R2 σ  Lσ 21    + (ωLσ σ )   (7.11) Nếu bỏ điện trở cuộn dây sơ cấp thứ cấp, ta có : Z n = ωLσ 21 I ln = U1 ωLσ σ (7.12) Nhưng : ωL = W1 ; σ 21 I ln = Rµ U Rµ W σ = suyra : e.Rµ W12 σ (7.13) Với e : số vòng /volt; Rµ : từ trở tản máy biến áp hàn Tương tự, nhận biểu thức dòng điện ngắn mạch bên thứ cấp sau : U Rµ W e.Rµ I 2n = = W12 σ W2 W2 σ (7.14) Từ biểu thức (7.14) nhận thấy dòng điện ngắn mạch thứ cấp I 2n U1 = const thay đổi thay đổi giá trò vài đại lượng e, Rµ, W2 σ Suy thay đổi dòng điện I2n đạt : - Thay đổi số vòng dây, kể số vòng dây cuộn dây sơ cấp Có nghóa thay dổi số vòng / volt e - Sử dụng shunt từ, thay đổi từ trở shunt từ, cách thay đổi khe hở không khí δ (H.7.5) làm cho Rµ thay đổi - Thay đổi số vòng dây W2 cuộn dây thứ cấp máy biến áp hàn - Thay đổi đồng thời W2 Rµ - Thay đổi vò trí cuộn dây W1 so với cuộn dây W2 (H.7.4 H.7.8), làm cho Rµ thay đổi Ví dụ tính toán : Hãy tính toán máy hàn hồ quang pha Dòng điện hàn điều chỉnh cuộn kháng bố trí mạch từ máy biến áp (hình 7.6) Máy biến áp có thông số kỹ thuật sau : Điện áp sơ cấp đònh mức : U1 = 380V Dòng điện hàn cực đại : I2max = 550 A 109 Chế độ làm việc : TL = 65% Điện áp không tải thứ cấp : U20 = 62V Tần số f = 50 Hz Giải : A Tính toán máy biến áp giảm áp : Xác đònh giá trò tương đương : TL 65 = 550 = 443 A 100 100 P2 = I max U 20 = 550.62 = 34,1KVA I 2t = I max TL = 27,5KVA 100 P1 = K P2 = 1,08.34,1 = 36,8KVA P2t = P2 TL = 29,7 KVA 100 Với : K0 hệ số tính đến tổn hao công suất lõi thép máy biến áp I1 = P1 / U = 36,8 / 380 = 97 A P1t = P1 65 78,2 A 100 Chọn giá trò từ cảm : B = 14000 gauss Mật độ dòng điện : Jt = 2,5 A/mm2 Xác đònh tiết diện lõi thép : I1t = I1 Sa = K S Pt α 10 29700.3,5.106 = = 124cm f B jt 50.14000.2,5 Khi cuộn dây có tiết diện hình chữ nhật chọn KS từ 0,55 đến 0,6 α : tỷ số trọng lượng sắt trọng lượng đồng, chọn α = 3,5 1 S= Sa = 124 = 135cm K Fe 0,92 KFe : hệ số ép chăt lõi thép, chon : KFe = 0,92 Chọn tiết diện lõi thép có dạng hình chữ nhật với tỷ lệ chiều rộng chiều sâu b/a = 1,45 S 135 a= = = 9,35cm 1,45 1,45 Chọn a = 9,3cm, b = S/a = 14,5cm Xác điïnh số vòng dây : 1 e= B.S a = 14000.125 = 3,89v / vong 450.000 450.000 110 Từ : U 380 = = 98vong e 3,89 U 62 W2 = W1 = 20 = 98 = 16vong U1 380 W1 = Xác đònh tiết diên kích thước dây dẫn : I 78,2 q1 = lt = = 31,2 = a1 xb1 = 7,76 x5,7 mm Jt 2,5 Vì điều kiện tỏa nhiệt cuộn dây thứ cấp tốt so với cuộn sơ cấp, chọn mật độ dòng J2t = 3,2A / mm2 q2 = I 2t 443 = = 138 = 12,6 x6,5 = xa2 xb2 mm J 2t 3,2 Cuộn dây sơ cấp thứ cấp có tiết diện hình chữ nhật đặt lồng vào Cuộn dây sơ cấp đặt bên Các cuộn dây bố trí bên lõi mạch từ chúng nối tiếp với Cuộn dây thứ cấp đăt bên bố trí bên lõi mạng từ chúng đấu song song với Nếu biện pháp đặc biệt cần phải lưu ý bề rộng cửa sổ mạch từ sơ lấy bề rộng lõi, chiều cao lấy gấp tới lần bề rộng Nếu cuộn dây sơ cấp quây thành lớp chiều dài : W   98  H cd = K cd  + 1a1 = 1,05 + 17,76 = 418mm     Với độ dài vậy, vừa với cửa sổ mạch từ, chọn cách quấn cuộn dây sơ cấp thành lớp Cách điện lớp, chọn bìa dày 0,12mm Lớp thứ quấn với W’1 = 25 vòng lớp thứ hai W”1 = 24 vòng Khi Hcd1 = Kcd (W’1 + 1) a1 = 1,05 (25 + 1) 7,75 = 212mm Cuộn dây thứ cấp quấn thành lớp : Hcd1 = Kcd (W’1 + 1) a2 = 1,05 (16 + 1) 12,6 ≈ 220mm Cuộn dây sơ cấp quấn lên khuôn quấn có kích thước aK x bK = 105 x 160mm2 Cạnh khuôn có bán kính R = 10mm Chiều dài khuôn L K = 245mm Giữa cuộn dây sơ cấp thứ cấp chừa rãnh làm mát ∆12 = 10mm Kích thước cuộn dây : δ1 = m (b1 + ∆) KA = (5,7 + 0,12) 15 = 13,5mm δ2 = m b2 ∆ = 6,5 ≈ 8mm δ1.2 = δ1 + ∆1.2 + δ2 = 13,5 +10 + ≈ 31,5mm 111 Trong biểu thức : δ1 : bề dày cuộn dây sơ cấp δ2 : bề dày cuộn dây sơ cấp δ1.2 : tổng bề dày hai cuộn lồng vào Khoảng cách trục lõi mạch từ : A = a + 2δ’12 + ∆1.2 = 105 + 31,5 + 10 = 208mm Cửa sổ mạch từ : C = A – a = 208 – 105 = 103mm Xác đònh trọng lượng dây quấn điện trở tổn hao cuộn dây : Chiều dài trung bình cuộn dây : δ   = 2[ ( a1 − R ) + ( b1 − R ) ] + 2π  R +  2  13,5   = 2[ (105 − 2.10 ) + (160 − 2.10 ) ] + 2π 10 +    = 450 + 107 = 557 mm I ltb δ   = 2[ ( a1 − R ) + ( δ − R ) ] + 2π  R + δ + ∆ 12 +  2  = 450 + 235 = 685mm I 2tb G1cu = γ 11tb.W1 q1 10 −6 = 8,9.557.98.33,4.10 −6 = 16,5Kg G2 cu = γ 12tb.W2 2q2 10 −6 = 8,9.685.16.2.67,2.10 −6 = 13Kg r1 = ρ 11tb.W1 0,557.98 = 0,0212 = 0,033Ω q1 33,4 r2 = ρ 12 tb.W2 0,685.16 = 0,0212 = 0,00176Ω q2 2.67,2 Tổn hao cuộn dây : Ở TL = 100% P1cu = r1 I21t = 0,033 78,22 = 200 W P2cu = r2 I22t = 0,00176 4432 = 345 W Tổng tổn hao dây quấn TL = 100% - 545 W Ở TL = 65% P1cu = r1 I21 = 0,033 1002 = 330 W P2cu = r2 I22 = 0,00176 5502 = 530 W 112 Tổng tổn hao TL = 65% - 960 W Xác đònh trọng lượng mạch từ tổn hao mach từ Mạch từ làm từ thép kỹ thuật điện ghép mã hiệu 1311 với tổn hao : P10 = 1,3 W / Kg GFc = γ 2( H + B).S 10 −6 = 7,6.2(245 + 300.125.10 −6 ) = 103Kg 10  B   14000  PFc = K f P10   Ge = 1,1.1,3  103 = 287W  10.000   10.000  Tính toán dòng điện không tải : 0,8 B.nδ ∆ δ I0 = ( H I + W1 6,8.14000 x x0,003 (4.101,2 + ) = 5,1A 98 I 5,1 = o 100 = 100 = 5,25% I I1 97 = I0 % Trong : ∆δ - khe hở không khí tương đương mạch từ chỗ ghép, chọn khoảng ∆δ 0,001 = 0,004 cm nδ - số lượng mối ghép mạch từ Từ đường cong từ hoá thép kỹ thuật điện 1311, tai : B = 14000 gauss, xác đònh H = A/cm I = 2( H + C ) + 2πa / = 2(245 + 115) + 2π 93 = 1012mm = 101,2cm 11 Hiệu suất : η 12 = P2 a 30.550 100 = 100 P2 a + Pcu + PFc 30.550 + 860 + 287 = 16500 100 = 93,5% 17647 Xác đònh điện áp ngắn mạch : rn W  = r1 + r '2 = r1 + r2    W2  2 Ua %  98  = 0,033 + 0,00176.  = 0,099Ω  16  −6 f I1 W1δ p 10 4.50.97.98.1,71.55,7.10 −6 = = = 1,9% elδ 3,89.24,5 113 δ1 + δ 13,5 + = 1,0 + = 1,71cm 3 f W2δ lltb 10 −6 4.50.550.16.1,71.68,5.10 −6 Ur2 % = = elδ 3,89.24,5 = 2,26% U r % = U r1 + U r = 1,9 + 2,26 = 4,16% U % + U 4,16.380 xn = r = = 0,163Ω 100 I1 100.97 13 δp = ∆ 12 + Zn = rn2 + xn2 = 0,099 + 0,1632 = 0,19Ω Un% = Z n + I1 0,19.97 100 = = 4,85% U1 380 Tính toán phát nóng Cuộn dây sơ cấp Bề mặt cuộn dây : S1 = 2H.2lltb = 21,2 55,7 = 4700 cm2 Bởi bề mặt tỏa nhiệt cuộn dây sơ cấp nằm bên cuộn dây thứ cấp, : S ltn = 0,5.S1 = 2350cm Plcu 200.10 4 ∆θ = 10 = = 65,50 C α S ltn 13.2350 Cuộn dây sơ cấp có lớp, có bề dày nhỏ tỏa nhiệt phía cuộn dây, cách nhiêt nhiệt độ bên bề dày cuộn dây bề mặt vào khoảng 3-40C Cuộn dây thứ cấp Bề mặt cuộn dây thứ cấp hở không khí bề mặt tỏa nhiệt chung bề mặt cộng thêm nửa bề mặt S 2tn = H 150.l2tb = 2.22.1,50.68,5 = 4500cm ∆θ = P2cu 345.10 10 = = 59 C α S 2tn 13.4500 B Tính toán cuộn kháng : Cuộn kháng bố trí mạch với máy biến áp (H.7.6) Độ rơi điện áp cuộn dây : U CK = U 202 − U h2 = 62 − 30 = 54,5(V ) 114 Từ cảm lõi thép : B = 11.500 gauss Tiết diện lõi : bCK = b = 145 mm Chọn aCK = 105mm, Sa = KFe.aCK bCK = 134cm2 Xác đònh số vòng dây : Số vòng / volt 1 B.S a = 11500.134 = 3,43(v / vong ) 450.000 450.000 U 54,5 = CK = = 16vong eCK 3,43 eCK = WCK Mật độ dòng – Chọn j = A/mm2 Tiết diện dây dẫn : qCK = J 2t 443 = ≈ 150(mm ) J Các đònh kích thước cuộn dây : Cuộn dây quấn từ đồng trần có kích thước : a x b = x 30mm quấn bề lưng Các vòng dây cách ∆ = 3mm Bề cao cuộn dây : LCK = a (WCK + 1) (WCK - 1) ∆ = a (16 + 1) + (16 – 1) = 130 (mm) Cách điện lót cuộn dây mạch từ có bề dày 5mm, bề rộng cửa sổ : C = LCK + 2.5 = 130 + 2.5 = 140 (mm) Hình dạng mạch từ máy hàn trình bày (H.7.11) Trọng lượng mạch từ : GFe = 112 Kg Tổn hao : PFe = 312 W Io =5,28 A Chiều dài trung bình vòng dây cuộn kháng : LCKtb = [ (aCK – 2R) + (bCK – 2R) + 2π (25 + 25/2) ] = [ (150-2,25) + (225-2,25) + 2π (25 + 25/2) ] = 745mm Trọng lượng cuộn dây : 115 GCK = γ WCK ltb q.10 −5 = 8,9.16.74,5.150,10 −6 = 16 Kg l W 0,7450.16 rCK = ρ tb = = 0,0017(Ω ) q 150 Bố trí cuộn kháng mạch từ máy biến áp mô tả (H.7.12) Tổn hao cuộn kháng : TL = 65% Ở PCK = rCK I 22 = 0,0017.550 = 514(W ) 100%; PCK = 0,0017.4432 − 333(W ) MạchTL từ=cuộ n kháng : GFeCK Tổn hao : = G g + G1 = γ S CK (C + 2a ).10 −3 + λ S H 10 −3 = 7,6.134(14 + 2.9,3).10 −3 + 7,6.125.2.5.10 −3 = 43( Kg ) PFeCK  Bg   B   Gg + KµP10  G1 = Pg + P1 = Kµ P10   10000   10000   11500   12300  = 1,1.1,3.  33,2 + 1,1.1,3 .9,5  10000   10000  = 62 + 21 = 83(W ) Sg 134 B1 = B = 11500 = 12300( gauss ) S1 125 116 [...]... : Φb = 2 50 2, 9 75 0 ,28 75 ( 150 -20 ) = 35 KW 96 2 Qua vòm cầu : d2  Φ s = K T π  + hc2  = (θ s − θ 0 )  4  d = 2. rb = 5, 95( m) hc = h'+e p + es = 0,8 6 25 + 0, 0 25 + 0, 42 = 1,3 075 m Từ đó : Vậy :  5, 95 2  Φ s = π 50  + (1,30 75 ) 2 ( 150 − 20 ) = 21 56 44W  4  Φ s = 21 6( KW ) 3 Công suất tổn hao tổng : Φ = Φb + Φs = 35 + 21 6 = 25 1 (KW Công suất lò : P1 = P ηcosϕ = 8000 0, 95 0, 82 = 623 20 (KW)... S = 4π (ri + es ) 2 Bề dày lớp bọc chiu lửa khi cho hai biểu thức bằng nhau : 95 4πλ 1 (θ i + θ s ) = K T 4π (ri + es ) 2 (θ s + θ 0 ) 1 / ri + 1 /(ri + es ) Ta có : es2 + es = Z = 0, ri Vậy : − ri + ri 2 + 4ri Z es = 2 hay : es2 + ri es − ri Z = 0 λ (θ i + θ s ) 1, 95( 1 75 0 − 150 ) = = 0,48 K T (θ s + θ 0 ) 50 ( 150 − 20 ) Với : Z= Từ đó : − 2, 52 5 + 2, 52 5 2 = 4 .5, 52 5 .0,48 es = = 0,42m 2 3 Thời gian cần... thoát Năng lượng cần thiết để đốt nóng và làm chảy : Q = m [ Cp (θKL - θ0 + L ] m = 100 tấn; Cp = 0 ,51 KJ/(0K.Kg); L = 58 0KJ/Kg từ đó : Q = 100.103 [ 0 ,51 (1 75 0 – 20 ) + 180 ] Q = 10 623 0 103 (KJ) Tổn hao nhiệt : Nhiệt thất thoát qua thàh bên của buồng đốt : Vòm cầu 1 Qua thành bên : Φb = KT 2 rbh” (θs - θo) rb = rI + rc =2, 52 5 + 0, 45 = 2, 9 75 (m) h” = 0 ,28 75 (m) KT = 50 w/(m2oK) θs = 150 0C θo = 20 0C... h  + 24  4 16  16 π h  2 9h 2   5d +  = 14 ,5 32  4  Hay : V = ở đây : h = 1,15m từ đó : π 1, 15  2 9(1, 15) 2   5d +  = 14 ,5 32  4  d = 25 ,09 = 5( m) 94 2 Bề dày của lớp vật liệu chòu lửa bao quanh : Ở phần trụ : Nhiệt thông đi qua lớp vật liệu chòu lửa bằng nhiêt thông tiêu tán trên bề mặt ngoài Nhiệt thông đi qua lớp bao bọc : Φ= 2 λh" (θ + θ s ); ri + ec i ln ri λ = 1,95w /( 0... : Φ = KT 2 h” (rI + ec) (θs - θ0) với KT = 50 w / (m2.0K); θ0 = 20 0C Bề dày của lớp bọc chòu lửa : Khi cho 2 biểu thức bằng nhau ta có : 2 λ.h" (θ + θ s ) = K T 2 ah" (ri + ec )(θ i + θ s ) ri + ec i ln ri Hay : Từ đó 2, 52 5 + ec 1, 95( 1 75 0 − 150 ) = 2, 52 5 50 ( 150 − 20 ) ec = 0,45m (ri + ec ) ln = Ở phần vòm cầu : Nhiệt thông qua lớp bọc bằng nhiêt thông tiêu tán trên bề măt ngoài Nhiệt thông đi qua lớp... điện của khí ion σ = 20 0 s/m (siemens/m) Giải : Đường kính dmin của plasma cao tần có liên quan đến độ thấm sâu δ d ≥ 3 ,5 δ với : δ= 2 ; σw µ 0 u r σ = 20 00S / m w = 2 f = 2 7. 10 6 = 14π 10 6 (l / S ) µ 0 = 4π 10 7 H / m δ= µs = 1 2 = 4 , 25 mm 20 00.14π 10 6 4π 10 7. 1 Đường kính : dmin = 3 ,5 x 4 , 25 = 14,9 mm Vậy : s dmin = 15 mms 98 CHƯƠNG 7 CÁC THIẾT BỊ HÀN HỒ QUANG -oOo - 7. 1 CƠ SỞ VẬT LÝ – KỸ... thế của một máy biến áp hàn được trình bày như ở trong (H .7. 3), ở đây : R là điện trở thuần, L là tự cảm, M là hỗ cảm Đối với máy biến áp mô tả trong (H .7. 3) các phương trình cân bằng được viết như sau : U 1 = R1 I1 + jϖL1 I1 + jϖMI 2 (7. 4) O = U 2 + R2 I 2 + jϖL2 I 2 + jϖMI1 (7 .5) Hệ số hỗ cảm trong trường hợp này sẽ là : M = K M Lσ 2 Lσ 1 (7. 6) σ = 1 − K M2 (7. 7) 1 02 đây : M là hệ số hỗ cảm, KM :... [I2/(G.d)]-0, 15 (G/d)0,3 (p.d) 0 , 25 (6 .2) Khi làm việc trong môi trường Hydrogen : U* = 9 650 [I2/(G.d)]-0 ,2 (G/d)0 ,5 (p.d) 0,36 (6.3) Trong các công thức (6 .2) và (6.3) : I là dòng điện hồ quang G là chi phí chất khí tạo plasma d là đường kính trong của điện cực anode hình ống 87 p là áp suất buồng đốt Hiệu suất có thể tính bằng : Khi làm việc với không khí : η = 0,886.10-4 [I2/(G.d)]0 , 27 (G/d)-0 , 27 ... mẻ : t= Q Pd Q là nhiệt lượng đốt nóng và làm chảy kim loại = 10 623 0.103 KJ Pd = Pl - Φ Từ đó : 10 623 0 103 t= = 28 ,5 (min) 623 20 - 25 1 Ví dụ 6 .2 Một đầu bec plasma được cung cấp năng lượng bởi một nguồn dòng có đặc tính von-ampe như được trình bày trong (H.V.6 .2) Kho hồ quang có chiều dài 20 mm thì điện áp rơi trên catot là 10V và trên anot là 8V Điện trường trong hồ quang là 7V/mm Hãy xác đònh : 1... 1,95w /( 0 K m) 1 1, 15 h" = h = = 0 ,28 75 m 4 4 ri : bán kính trong của lớp bọc =2, 52 5 m ec : bề dày lớp bọc chiu lửa θi : nhiệt độ bề mặt trong của lớp bọc : θi = θm = 1 75 0 0C θs : nhiệt độ bề mặt ngoài của buồng đốt : θs = 150 0C Nhiệt thông tiêu tán trên bề măt ngoài : Nhiệt thông tiêu tán bởi đối lưu và bức xạ cho bởi : Φ = KT 2 h” (rI + ec) (θs - θ0) với KT = 50 w / (m2.0K); θ0 = 20 0C Bề dày của lớp