ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

 án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 1 CHNG 1.GII THIU CHUNG V LÒ NU THÉP 1.1.Tìm hiu v lò nu thép - Ngành luyn kim ra i t rt lâu, sn phm ca nó áp ng c nhu cu trong moi lnh vc. Trong thi gian u, các phong pháp luyn thép c in nh: lò cao, lò Mactanh- ây là nhng loi lò dùng nhiên liu t nh ci than… Ngày nay, vi s s dng rng rãi ca in nng thì phng phá nu luy n thép bng in chim u th:  Nu luyn thép bng lò in là phng pháp nhanh nht, mang li hiu qu kinh t cao vì phng pháp này bin i in nng thành nhit nng  iu chnh nhit  d dàng, kh nng t ng hoá cao và có kh nng luyn, nu c nhiu loi thép khác nhau, dùng cho mc ích khác nhau.  It gây ô nhi m môi trng. - Có các loi lò ph bin sau: lò h quang, lò in tr, lò cm ng. - Trong các loi lò in trên thì lò cm ng có các u im ni tri hn c:  Nu chy c kim loi sch nht, vn hành n gin và có th nu chy trong chân không hay trong môi trng c bit. So vi lò in tr và lò h quang thì hiu qu nhi t ca lò in cm ng là 80% so vi 60%-75% ca 2 lò kia và hiu suât nhit lên ti 96%.  Tuy nhiên lò cm ng có h s công sut gim khi in tr ca vt liu gim và  tng nh s này thng ngi ta mc các t in song song vi lò. Nhit  ca x thp cho nên khó có th tinh luyn thép.  Mt im chú ý trong lò in cm ng là tn s lò càng cao khi khi lng phi liu nu trong nòi m thp. 500 000Hz i vi lò nh, nu thí nghim 10g - 100g. 8000Hz - 4000Hz i vi lò thí nghim nu vài kg. 2000Hz i vi lò công nghip nh, mt m 50 kg - 500kg. 1000Hz i vi lò mt m 250kg-2000kg. 50Hz (tn s công nghip) vi các lò nu ln trong công nghip Nói riêng về lò cảm ứng * Lò cm ng Theo ng dng có th chia làm 2 loi là: lò có lõi st và không có lõi st. - Loi lò có lõi st  gia: xut hin sc in ng h cm vào nguyên liu rn: E2 = 4,44.f.W2.φ.10 -8 (V) f - tn s (Hz), chu k (s) W2 - s vòng cun dây th cp φ - t thông sinh ra  lõi st (Wb)  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 2 Nh dòng xoay chiu gây ra cho t trng nam châm ca lõi st mà kim loi rn c nung nóng dn, cui cùng chy vào rãnh và có th ly ra ngoài. Loi này ít thông dng vì nng sut không cao, x luôn luôn b ngui. - Loi không có lõi st rt thông dng hin nay: c im ca loi lò này là t trng t cun dây cm ng c dn thng vào kim loi. Ti ây sinh ra dòng in h cm có c ng  không u trên dây ng. Mt  dòng in tp trung  mt ngoài dây,  gia gim dn. u im ca lò cm ng không có lõi thép là: - Có th luyn c hp kim có  sch cao - Luyn c hp kim ng nht, thành phn hoá hc trong b lò ng u do s xáo trn gây ra bi lc in ng. - Kim loi luyn có nhit  cao và t c nhit  cc i trong toàn b khi kim loi. - Kim loi cháy ít do nung kim loi t trong ra ngoài. - Hiu sut, nng sut lò cao. - iu chnh công sut và nhit  n gin, d dàng, phm vi rng. Lò cm ng c ng dng  luyn thép cht lng cao và các hp kim c bit khác có yêu cu  sch cao, ng u và chính xác v thành phn hoá hc. C ấu tạo của lò Gm hai b phn chính là vòng cm ng và ni lò. - Vòng cm ng làm bng ng hoc ng st dt. Vì dòng qua vòng cm ng c hàng ngàn ampe nên tn hao in chim ti 25 ÷30% công sut hu ích ca thit b. Do vy cn làm mát vòng cm ng. Làm mát bng không khí cho phép mt  dòng in 2 ÷ 5A/mm 2 . Làm mát bng nc trong vòng cm ng rng cho phép dòng in ti 50 ÷ 70A/mm 2 . - Ni lò làm bng vt liu chu la. 1.2.Tìm hiu v ti 1.2.1.c tính ti trong quá trình nu thép Ti lò nu thép là ti có tính cm kháng.u tiên ta d nhn thy ti ph thuc nhit  theo công thc R t = R 0 *(1 +  *t) ;  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 3 Ti lò nu thép là ti có tính bin ng, thông qua  th di T 780 0 900 0 μ: là  t thm ca thép ρ: là sut in tr ca thép(Ωcm) Nhn thy khi nhit  khong 800-900 0 c thì ti mt tính cm kháng ,ch còn tính thun tr (do  gim mnh ,còn  tng mnh) Ti lò nu thép là ti ngn mch , nên ngun cp cho ti phi làm vic  ch  ngn mch, do ó ta chn ngun cp cho ti là nghch lu ngun dòng 1.2.2.Quan h f,p,U Nhit ôt nóng kim lai c tính theo công thc W=I 1 2 . n 2 . 2 π 2 . h d . 9 10 . − f μρ (W) Trong ó: I 1 : dòng in trong cun cm ng (A) n : s vòng dây cun cm ng d : ng kính trong lò h : chiu cao m liu (cm) I 1 .n : s ampe vòng T công thc trên ta thy: Nng lng bin thành in nng  trong m liu t l thun vi bình phng ampe vòng, tc t l vi cng  t trng và cn bình phng in tr riêng và tn s. W nhit ≈ H 2 ≈ I 2 W nhit ≈ f Nh vy  tng lng nhit cung cp cho vt liu có th tng cng  dòng in hoc tn s. Nhng trong thc t không th tng dòng in lên mãi vì dây phi rt ln và quá nóng, có th nóng chy (dù có nc làm mát). Thng dùng phng pháp tng tn s, do vy lò cm ng còn gi là lò cao tn. * Mt khác tn s còn nh hng n kích th c ca cc nguyên liu. Nng lng truyn t ngun in (tn s), qua vòng cm ng, bin i thành nng lng trng in t. Trong vt gia nhit in nng dòng xoáy cm ng μ  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 4 c chuyn thành nhit nng. Khi truyn sâu trong kim loi,  ln ca các vect E, H (hai thành phn ca trng in t) b gim dn và nng lng trng in t cng gim dn (theo  sâu truyn z).  sâu thm thu: )( . 503 2 m f a μ ρ μγω δ == Trong ó: ω : tn s (rad) a μ = μμ .0 : h s t thm tuyt i ca kim loi. μ : h s t thm tng i ca kim loi 0 μ = 4. μ .10 -7 H/m : h s t thm chân không ρ γ 1 = : in dn ca kim loi Tính toán và thc t cho thy khi z = δ thì 0,864 phn nng lng in t có  b mt kim loi b tiêu tán  t nóng lp kim loi dày δ, còn 0.316 phn nng lng tip tc truyn sâu vào lp kim loi bên trong. Tn s càng ln thì δ càng nh và nng lng in t càng tp trung t nóng  lp mt ngoài c a kim loi. Do ó  gim nng lng in mt mát trên mt tm kim loi và quá trình nu chy nguyên vt liu cn thit phi tính toán mt cách hp lý và t m nhng kích thc cc nguyên liu và cht khít cht vi tn s tng ng.  có hiu sut nu chy kim loi cao, khi tn s càng ln thì kích thc cc nguyên liu càng phi nh , còn i vi tn s thp hn kích thc cc nguyên liu có th to hn. Ví d: Tn s (Hz) Kích thc cc nguyên liu (mm) 500 ≥ 20 1000 10 10000 5 Nu khi tn s rt ln hn na thì kích thc cc nguyên liu nh hn 5mm. * Tn s cng có quan h cht ch vi bn cht cu vt liu và công sut ca lò. Công thc gn úng  tính tn s dòng in là: f min ≈ 2 8 .10.25 d ρ Công thc trên cho thy rng khi công sut lò ln, ngha là khi bán kính liu hocdung tích ca lò ln cng nh khi in tr ca liu nh, tn s ca dòng in cung cp có th ly thp hn.  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 5 i vi nhng kim loi nh st, niken, crôm cng nh hp kim ca chúng ngi ta thng dùng tàn s trong gii hn 1000 ÷ 3000 Hz. i vi bc, ng, ng thanh, ng , hp kim bc niken, ng niken tn s có th dùng t 50 ÷ 500 Hz.  m bo c yêu cu kinh t và k thut, vic la chn tn s ph thuc rt nhiu vào công sut c a lò. Quan h gi tn s và công sut ca lò c th hin qua nhng s liu sau: Công sut lò (kW) Tn s (Hz) <150 2000 ÷ 3000 250 ÷ 500 1000 750 ÷ 1000 500 >1200 150 Hin nay vic la chn tn s dòng in cung cp cho lò không có lõi st  luyn thép vn c la chn nh trên. CHNG 2.PHNG ÁN THIT K S  kh i ca b bin tn cp cho là nu thép Trong ó: U 21 : in áp vào b chnh lu. U d1 =K cl *U 21 *cos : in áp ra b chnh lu (in áp vào b lc) U d2 = K nl *U 22 β cos∗ : in áp vào b nghch lu (sau b lc) U 2 : in áp ra b nghch lu (in áp ti) Phng trình cân bng in áp U d1 = U d2  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 6 K cl *U 21 *cos = K nl *U 22 *cos  t Vi  là góc m chnh lu, còn  t là góc ti T lí lun trên , ta thy yêu cu vi mch chnh lu Mch chnh lu có chc nng cp ngun cho mch nghch lu dòng 1 chiu cho mch nghch lu, tc là gi cho I d = const Mch chnh lu iu chnh công sut trong quá trình nu chy vt liu,vì khi góc ti  t thay i thì  cng phi thay i cho phù hp. 2.1.Phân tích  xut phng án. Chn nghch lu ngun dòng cng hng vì To tn s cao f = 1 – 30 kHz Ph ti có tính cm kháng , nên ta mc song song vào ti t ,  to mch vòng dao ng hình Sin ca I hoc U.Nh ó có th s dng Thyristor thng và xung iu khin là các xung n,van chuyên mch t nhiên T công thc K cl *U 21 *cos = K nl *U 22 *cos  t ,mt khác , quá trình nu thép thì ti luôn thay i , hay  t luôn bin ng . m bo cho quá trình nng lng c tt , ngi ta chn nghch lu c lp ngun dòng lam vic  ch  cng hng , tc là luôn gi cho cos  t = const , khi ó công sut ngun qua b bin tn là max, tn hao min Dòng hình sin nên giúp gim kích thc b lc 2.2.La chn phng án chnh lu T yêu cu ta suy ra mch chnh lu phi là chnh lu có iu khin. Công sut ca lò nu là P = 140 kW, ngun in s dng là ngun in 3 pha nên chúng ta dùng chnh lu iu khin 3 pha (nu dùng chnh lu i u khin 1 pha công sut ti ln s làm xu li in) Ta có các phng án: • Chnh lu hình tia 3 pha • Chnh lu cu 3 pha • Chnh lu hình tia 6 pha Nhng chúng ta thy rng: • Chnh lu hình tia 3 pha có nhc im: cht lng in áp thp, h s p mch nh nu công sut ti ln s nh h ng xu n h s cosϕ ca li in, làm méo li in và buc phi dùng n bin áp lc. • Chnh lu hình tia 6 pha tuy cht lng in áp tt nhng vic ch to máy bin áp lc 6 pha tn kém, phc tp, giá thành cao nên phng án này cng không kh thi. Nh vy chúng ta s thit k phn chnh lu cho b ngun lò n u thép dùng s  chnh lu cu 3 pha có iu khin, bao gm: 9 Chnh lu cu 3 pha iu khin i xng  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 7 9 Chnh lu cu 3 pha iu khin không i xng Sau ây em xin phân tích c th tng phng án và i n la chn phng án cui cùng  thit k chi tit. 2.2.1. Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng • S  nguyên lý: • Dng in áp và dòng in:  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 8 • Phân tích s : S  cu 3 pha không i xng gm 3 tiristor và 3 diode chia làm 2 nhóm: - Nhóm catot chung : T1, T3, T5 - Nhóm anod chung : D2, D4, D6 in áp các pha:  U a = 2 U 2 sinθ  U b = 2 U 2 sin(θ - 3 2 π )  U c = 2 U 2 sin(θ - 3 4 π ) Khi làm vic các diode chuyn mch t nhiên còn các tiristo chuyn mch  các thi im cp xung iu khin theo góc iu khin α. Khi α<60 o thì in áp U d luôn dng. Nhng khi α>60 o s xut hin các giai on 2 van thng hàng cùng dn in ng thi T1-D4, T3-D6,T5-D2; khi ó dòng in I d = 0 ch chy trong ti mà không chy v ngun nên nng lng c gi  ti không tr v ngun. Ta có th coi s  chnh lu cu 3 pha không i xng tng ng 2 mch chnh lu hình tia:  Chnh lu hình tia 3 pha iu khin gm T1, T3, T5 có: U K = α cos∗ U doTia = 1,17U 2 cosα  Chnh lu hình tia 3 pha không iu khin gm D2, D4, D6 có: U A = α cos∗ U doTia = 1,17U 2 Tng hp li ta có: Ch  và chc nng  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 9 in áp trên mch ti: U d = U K + U A = 1,17U 2 (1 + cosα) = 2,34U 2 . 2 cos1 α + = U dmax . 2 cos1 α + Ch  hot ng: ch  chnh lu vi α = 0 ÷ π, U d = 0 ÷ U dmax Chc nng: n nh in áp và dòng ra ti bng cách thay i α • Thông s chn van: in áp ngc ln nht t lên van: UU dng maxmax 3 π = Dòng trung bình qua van: I v = I d /3 • u nhc im ca s : - u im: Mch iu khin n gin H s cosϕ ln - Nhc im: • Không hoàn tr nng lng v ngun c khi 2 van thng hàng cùng dn in • Cht lng in áp thp, h s p mch nh (m m =3) nên yêu cu cao v b lc. • Làm lch pha li in khi thay i góc iu khin 2.2.3. Chỉnh lưu điều khiển 3 pha đối xứng • S  nguyên lý:  án in t công sut SV: Kim Vn T Lp - TH3 – K48 10 • Dng in áp và dòng in . van I cp = 300 A • Tc  bin thiên in áp )/(500 sV dt dU μ = • Tc  bin thiên dòng )/(100 sA dt di μ = • Dòng iu khin I GK =300 mA • in áp iu