Thiết kế thiết bị điều khiển lò trung tần nấu thép

LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần kĩ thuật điện tử bán dẫn công suất lớn phát triển mạnh mẽ Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm có khả điều khiển rộng, có tiêu kinh tế cao, kích thước trọng lượng thấp, độ tin cậy xác cao Ứng dụng chúng vào việc biến đổi điều khiển điện áp dòng điện xoay chiều thành chiều ngược lại chiều thành xoay chiều ngày sâu rộng Do mà thiết bị điện tử điều khiển có mặt hầu hết lĩnh vực sống Do yêu cầu thực tế sản xuất, hầu hết kĩ sư học môn điện tử công suất Sau trường, họ làm việc có liên quan đến lĩnh vực điện tử công suất phổ biến Thật may mắn đề tài tốt nghiệp em sử dụng nhiều kiến thức môn Đồ án tốt nghiệp gồm năm chương: Chƣơng : Tìm hiểu cơng nghệ lị cảm ứng điện từ Chƣơng : Giới thiệu lò cảm ứng số loại lị khác Chƣơng : Thiết kế tính tốn mạch lực Chƣơng : Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép Chƣơng 5: Thiết kế tủ điều khiển giới thiệu bảng đấu dây Trong làm đồ án chúng em vô cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Đồn Phong giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vì q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp khơng dài nên chắn cịn nhiều thiếu sót em mong góp ý thầy cô giáo Em xin chân thành cảm ơn CHƢƠNG TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ LÕ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đến kỷ 20, sau Chiến tranh giới lần thứ nhất, công nghiệp ngày phát triển mạnh Trên giới lúc ngành công nghiệp, ngành luyện thép hợp kim, ngành đúc chi tiết, ngành chế tạo máy, ngành điện lực, ngành điện tử … đà phát triển sản lượng chất lượng sản phẩm Do yêu cầu điều kiện kĩ thuật mới, sắt thép thông thường trước không thỏa mãn với dụng cụ, máy móc thiết bị tối tân, địi hỏi chúng phải làm việc điều kiện nhiệt độ áp suất cao, chống ăn mịn hóa học điện hóa, chống bào mịn học, chống nóng, chống rỉ… phải sản xuất loại thép hợp kim có tính đặc biệt độ bền học cao, độ bền chống ăn mịn mơi trường axít, nước sơng, nước biển, chống mài mịn va đập … Đặc biệt cần phải sản xuất loại thép có tính đàn hồi cao, có tính nhiễm từ tốt, có tính chống nhiễm từ cao Do tính chất đặc biệt nên thép đựơc sản xuất từ lị thổi khơng khí khơng thể đáp ứng nữa, mà phải nấu luyện loại lò điện Vậy phương pháp luyện thép lị điện cơng nghệ đại Để luyện thép hợp kim lò điện người ta tận dụng điện biến thành nhiệt dạng hồ quang, cảm ứng điện từ, điện trở dạng plasma Thường sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều lò điện hồ quang chiều để sản xuất thép cácbon chất lượng, thép hợp kim thấp, trung bình cao với sản lượng lớn Để luyện số thép hợp kim chuyên dùng, thép hợp kim cao cácbon người ta sử dụng loại lò điện cảm ứng cao tần, trung tần tần số công nghiệp Để nấu loại thép hợp kim, tinh luyện kim loại thép đạt chất lượng cao người ta sử dụng lị điện xỉ, lị điện cảm ứng chân khơng, lị hồ quang chân khơng, lị điện từ chân khơng sâu, lò plasma … Để nung nguyên liệu loại vật liệu, dụng cụ, chi tiết máy người ta sử dụng lò điện trở nung trực tiếp gián tiếp 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA LÕ CẢM ỨNG KHƠNG LÕI SẮT Đầu kỷ 20 có đề nghị hợp kim luyện kim lị cảm ứng khơng lõi sắt dịng điện tần số cao Nhà phát minh đèn điện A.N Lô-đư-gin thời gian 1905 – 1907 đề nghị nhiều kết cấu dây nung cảm ứng Sau kết thúc chiến tranh giới lần thứ lị khơng lõi sắt bắt đầu dùng rộng rãi công nghiệp Ở Mỹ việc sản xuất lò theo sơ đồ Nc- trúp bắt đầu chiếm vai trị chủ yếu công ty Ajax Electrothemic corporation năm 1920 Ở Châu Âu độc lập với Noóc-trúp năm 1920 bắt đầu thí nghiệm việc tạo lị tần số cao có thiết bị phóng tia lửa điện tự quay Ri-bơ Sự phát triển kỹ thuật rađio sinh máy phát dòng điện tần số cao khác nhau, máy phát hồ quang, máy phát tia lửa điện, máy phát có đèn điện tử Do đến đầu năm 30, kỷ 20 giá thành lượng dòng cao tần giảm – lần giá thành lượng dịng điện cơng nghiệp Đó sơ đồ tốt để sử dụng rỗng rãi cơng nghiệp lị số cao tần số cao Năm 1937 công suất thiết bị lị tần số cao tồn giới tăng đến 100.000 kW dung tích lò lần vài Kg lên đến 12 ( Các nhà máy luyện thép Bofooc Thụy Điển năm 1951) Nguồn cho tần số cao để cung cấp cho thiết bị điện nhiệt tần số 10000 Hz máy phát cảm ứng tần số lớn máy phát đèn Năm 1930 V.P vôlôgđin (Nga) với người cộng tác bắt đầu nghiên cứu lị luyện cảm ứng khơng lõi sắt, năm 1932 xây dựng lò luyện 10 200 Kg thép, công nghiệp Nga bắt đầu sản xuất tồn lị với trang bị điện chúng máy phát môtơ, tụ điện …giáo sư V.P vơlơgđin phát minh lị điện cảm ứng khơng có lõi sắt nước Nga với máy phát đèn năm 1939 Sau chiến tranh giới lần thứ hai lò điện xây dựng phát triển rộng khắp giới Như Đức ứng dụng lò điện hồ quang 10 60 tấn/mẻ để sản xuất thép công cụ thép hợp kim, Tiệp Khắc sử dụng lò điện hồ quang 20 30 tấn/ mẻ để nấu tất loại thép cácbon hợp kim thấp Ngày người ta sử dụng phổ biến loại lò điện hồ quang với dung lượng 100 400 tấn/ mẻ dung lượng biến áp 35000 165000 kVA Đặc biệt Mỹ người ta chạy thường xuyên loại lò 360 /mẻ với chế độ siêu công suất 160000 kW để sản xuất thép cacbon chất lượng, đảm bảo suất 100 120 thép/ Từ năm 1990 đến thiết kế xây dựng loại lò điện hồ quang đại loại hồ quang chiều siêu cơng suất ( 150tấn/ mẻ ) lị hồ quang thân cột có dung lượng lị 100 300 tấn/mẻ Sản lượng lò điện hồ quang chiếm 80 90% tổng lượng thép lò điện Số lượng thép lại sản xuất từ lò cảm ứng cao tần, trung tần tần số cơng nghiệp Lị cảm ứng cao tần có dung lương 50 f = 35000 100 kg/mẻ với số làm việc 55000 Hz sử dụng để sản xuất loại thép hợp kim chuyên dùng Hiện loại lị sử dụng để nấu thép mà chủ yếu để tơi bề mặt chi tiết máy Lị cảm ứng trung tần có dung lương 100, 200, 500, 900, 1000 kg/mẻ với tần số làm việc từ 1000 đến 3000 Hz sử dụng để nấu thép hợp kim cao có hàm lượng cacbon thấp ( C 0,10% ) Loại lò ứng dụng phổ biến khắp nơi xưởng đúc, xương khí, xưởng luyện thép, luyện gang … Ngày công nghiệp điện tử đà phát triển lị điện cảm ứng trung tần trang bị thiết bị tối tân để vận hành lị thuận lợi nhanh chóng xác 1.3 ĐẶC ĐIỂM CHỦ YẾU CỦA PHƢƠNG PHÁP LÕ ĐIỆN - Để nấu luyện thép hợp kim lò điện người ta sử dụng lượng điện biến thành nhiệt năng, tập trung lượng nhiệt lớn để nung chảy kim loại nhanh đặc biệt kim loại khó chảy volfram, molipden… - Ở lị điện có nhiệt độ cao 1700 nên tạo điều kiện hòa tan nguyên tố hợp kim nhiều thép, thỏa mãn đầy đủ cho phản ứng luyện kim tạo điều kiện tăng tốc độ phản ứng hóa học, thúc đẩy q trình phản ứng oxi hóa hồn ngun kim loại xảy nhanh chóng triệt để - Trong trình nấu luyện thép lò điện, dễ dàng nâng nhiệt độ cho bể kim loại đồng thời tiến hành điều chỉnh xác thành phần hóa học thép lỏng xỉ - Nấu luyện tất loại thép cácbon cao, thấp có chất lượng tốt, luyện tất loại thép hợp kim cao đặc biệt mà đảm bảo cháy hao nguyên tố hợp kim thấp Đặc biệt luyện mác thép có hàm lượng phospho lưu huỳnh thấp - Giá thành loại thép lị điện cao cịn tiêu tốn điện điện cực lớn (điện cực grafit phải nhập từ nước ngồi nước ta chưa sản xuất được) - Vì cần phải áp dụng biện pháp cải tiến thiết bị cường hóa q trình luyện thép lò điện để nâng cao chất lượng hạ giá thành sản phẩm - Chọn tính tốn hợp lý đảm bảo phospho lưu huỳnh, kích thước nguyên liệu phải phù hợp với dung lượng lò phương pháp chất liệu vào lò để đảm bảo vận hành lò tốt - Sử dụng khống chế chế độ điện cách tối ưu trình nấu luyện thép, đảm bảo thời gian nấu mẻ thép thấp suất lò cao - Áp dụng biện pháp cường hóa giai đoạn nấu chảy oxi hóa hồn ngun - Áp dụng công nghệ tạo xỉ đơn, tạo xỉ bọt, thổi oxi nguyên chất, thổi chất khử khí trơ vào lị để đảm bảo tốc độ phản ứng luyện kim xảy nhanh khử bỏ tạp chất khí có hại thép cách triệt để 1.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LÕ CẢM ỨNG KHÔNG LÕI THÉP Là dựa vào tượng cảm ứng điện từ Khi đặt khối kim loại vào từ trường biến thiên khối kim loại xuất hiện( cảm ứng ) dịng điện xốy ( dịng Foucault ) Nhiệt dịng điện xốy đốt nóng khối kim loại Lò cảm ứng cấu tạo dựa nguyên lý máy biến áp khơng khí cuộn cảm ứng chế tạo đồng theo dạng xoắn ốc bọc xung quang tường lò Cuộn cảm ứng coi cuộn sơ cấp, cuộn kim loại chứa đựng lò coi cuộn thứ cấp máy biến áp Khi ta cho dòng điện xoay chiều qua cuộn cảm ứng sinh từ thơng biến thiên Từ thông qua kim loại sản sinh sức điện động cảm ứng E2 Kim loại coi dây dẫn, khép kín thẳng góc với từ thơng biến thiên Xuất kim loại dòng điện cảm ứng lương dòng điện cảm ứng sinh lượng nhiệt lớn để nung chảy kim loại Như lị làm việc xuất hai sức điện động cảm ứng cuộn cảm ứng E kim loại E2 Giá trị E1 E2 tính theo công thức: E1 = 4,44 .f.n1.10 V E2 = 4,44 .f.n2.10 V Trong đó: - từ thông biến thiên, Wb f - số làm việc, Hz n1 – số vòng cuộn cảm ứng (sơ cấp); n2 - số vòng cảm ứng cuộn thứ cấp ( kim loại coi khối thống nên có n2 = ); Do cuộn cảm ứng kim loại chứa lò bị ngăn cách độ dày nồi lò ( vật liệu chịu lửa ) vòng cuộn cảm ứng có khoảng cách định nên từ thơng biến thiên bị mât mát lớn ( từ thông tản ngồi khơng khí ) sức điện động cảm ứng E1 > E2 Vì cần phải cấp vào cuộn cảm ứng lượng điện lớn để tạo E cao phù hợp với dung lượng lò đồng thời tạo E2 đủ lớn để làm nóng chảy kim loại lị Khi kim loại bị cảm ứng kim loại sinh từ thông chống lại từ thông cuộn cảm ứng sinh ra, chiều dịng điện I1 ngược chiều với chiều dịng điện Foucault (I2) Ta có : E1 E2 n1 n2 I1 I2 = I1.n1; I2 Như dòng điện I2 phụ thuộc vào nguồn cung cấp phụ thuộc vào số vòng cuộn cảm ứng Khi dòng điện xoay chiều vào cuộn cảm ứng kim loại sinh dịng điện Phucơ (I2) Dịng điện I2 lớn gấp n1 so với I1 nghĩa có I1 = const tăng số vòng cuộn cảm ứng dịng I tăng cao Và nhờ có dịng điện Phucô ( I2 ) tạo lượng nhiệt lớn để nấu chảy kim loại Năng lương điện nấu chảy kim loại tính theo cơng thức : W = I 22 2 d.h W = (I1.n1).2 f 10 d.h f 10 ; (W); ; (W); Trong : I1.n1 – gọi ampe vịng,( A.mm); d - đường kính nồi chứa kim loại, ( mm ) h – chiều cao nồi lò, ( mm) - điện trở suất kim loại, ( mm /m ) f – tần số làm việc, (Hz) Qua công thức ta thấy nhiệt cung cấp cho lò nấu phụ thuộc vào nhiều yếu tố tỷ lệ với bình phương ampe vịng Lượng nhiệt phụ thuộc vào số vòng cuộn sơ cấp ( n1 ) cường độ dòng điện cảm ứng (I1) Mỗi loại lò cảm ứng có mạch điện riêng để đảm bảo cung cấp dòng điện I1 số làm việc múc độ tối thiểu fmin Trong : 2,5 10 d2 ; - điện trở suất nguyên liệu, mm /m; d - đường kính lị chứa ngun liệu, mm Nhân xét : Đường kính nồi lị tỷ lệ nghịch với đường kính làm việc Khi tăng số làm việc phải giảm đường kính nồi lị Vậy tần số làm việc định dung lương định mức lò ( tấn/mẻ ) 1.5 ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN LÝ CẢM ỨNG ĐIỆN TRONG LÕ CẢM ỨNG KHÔNG LÕI SẮT 1.5.1 Mức độ cảm ứng Mức độ cảm ứng khối kim loại chứa lò khác nhau, phụ thuộc vào vùng, tính chất nguyên liệu tần số làm việc Mật độ dòng điện cảm ứng phân bố lị khơng Kim loại sát tường lị, gần cuộn cảm ứng có mật độ điện lớn giảm dần theo hướng vào tâm lò, tức nguyên liệu chảy nhanh sát tường lò, lò chảy chậm Để xác định đại lượng mật độ dòng kim loại điểm nồi lị ta có công thức sau: z z e w 2 z f kl 10 e Trong : z , : tương ứng mật độ dòng hoành độ z : độ từ thẩm tuyệt đối, ( H ) = 0: kl kl độ từ thẩm môi trường chân không; : độ từ thẩm kim loại lò; : điện trở xuất kim loại lò; ( mm / m ) f – tần số làm việc, ( Hz ) z Pz P0 z z Hình 1.1 Phân bố tương đối mật độ dòng điện ( z / cơng suất(P z /P0 ) Ta có bảng nêu tiêu sản xuất thép lị cảm ứng khơng lõi sắt 0) Bảng1.1 Chỉ tiêu kích thước nguyên liệu sử dụng loại lò Tần số làm việc, Hz Đường kính liệu, (mm) Loại lị cảm ứng 50 100 150 Lị tần số cơng nghiệp 1000 35 40 Lò trung tần 2000 25 30 Lò trung tần 3000 20 25 Lò trung tần 10.000 10 12 Lò cao tần 500.000 1,0 1,5` Lò cao tân đặc biệt 1.5.2 Công suất điện Phải tận dụng công suất điện có lợi cho q trình nấu, cần phải nối vào tải hệ thống tụ điện bù cos Do cấu tạo lò cuộn cảm ứng nồi lị có độ dày vật liệu chịu lửa ngăn cách lò với cuộn cảm ứng, cuộn cảm ứng có nhiều vịng, vịng cách vịng mm nên tạo nhiều khe hở, dẫn đến từ thơng biến thiên bị rị ngồi khơng khí, bớt lượng điện cảm ứng lò hệ số tận dụng cơng suất điện thấp - Tần số 50 Hz cos - Tần số 500 = 0,1 0,12 3000 Hz cos - Tần số 4000 10.000 Hz cos = 0,2 0,22 = 0,25 0,28 10 Quá trình khởi động sau:trước khởi động mạch đổi chiều, dung tín hiệu ngoại kích cao tần số cộng hưởng mạch điện cảm,tụ điện áp trung tần xác lập phản hồi đến mạch tự động điều tần.Mạch tự động điều tần làm việc đình động tác tần số quét xuống thấp tín hiệu ngoại kích biến thành mạch điều tần tự động khống chế góc dẫn trước,làm cho thiết bị vận hành ổn định Khãa Dw4 IC3C Rw4 R39 LM324 C21 C20 C22 D31 LM324 IC3B D30 R47 Rw3 C29 R40 R41 Vcc Vcc C23 R69 Khãa Vcc LM339 Vcc IC4A Đo khởi động thất bại 4.17 Nu lần khởi động khơng thành cơng có nghĩa mạch tự động điều tần chưa bám tín hiệu phản hồi điện áp trung tần,lúc tín hiệu ngoại kích quét đến tần số thấp nhất,mạch khởi động trở lại kiểm tra tần số ngoại kích tiến vào đoạn tần số thấp tiến hành khởi động lần 72 nữa,lại đẩy tín hiệu ngoại kích đến tần số cao nhất,rồi quét lại lần nữa,có đến khởi động thành cơng.Chu kỳ khởi động trở lại vào khoảng 0,5 giây 4.5.4 Tín hiệu điện áp trung tần dẫn vào từ đầu số 27 28, qua IC1A chuyển thành tín hiệu sóng hình vng,dẫn vào chân 30 IC6.Tín hiệu khởi động đổi chiều lấy từ 15P,16P IC6 sau qua khuyếch đại IC7A khởi động đèn tinh thể Q5,Q6.IC4C IC4B hợp thành báo khống chế điện áp đổi chiều,dẫn vào chân số 33 CLOCK IC6; chiết áp vi chỉnh RW6 dùng xác định tần số cao báo khống chế điện áp(tức tần số cao tín hiệu ngoại kích đảo chiều) RW6 f max VCC R53 D34 R52 IC4B LM339 + D33 R51 VCC R48 + C30 C27 khoa3 IC4C LM339 C26 Hình 4.18 Ngồi phát sinh bảo vệ điện áp,bộ dao động bảo vệ điện áp IC6 dao động,dẫn gấp lần xung khởi động tần số đổi chiều lớn nhất,làm cho Thyristor cầu đổi chiều thông điện 73 IC4A đo kiểm tra khởi động thất bại, đầu khống chế mạch khởi động nội IC6 4.5.5 Hình 4.19 Tín hiệu bảo vệ q dịng sau qua Q3 đảo pha, đưa đến 20P IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động đèn thị LED “D104” làm cho sáng khởi động báo động.Sau kho khởi động q điện áp làm việc,chỉ có thơng qua phục hồi tín hiệu thơng qua đóng mở máy tiến hành “nạp điện phục hồi” vận hành trở lại.Thông qua chiết áp vi chỉnh W1 điều chỉnh mức điện q dịng Trường hợp đầu vào xoay chiều pha bị thiếu pha,bảng khống chế thực bảo vệ thị nguồn điện.Nguyên lý sau:Phân biệt lấy tín hiệu điện áp pha A,B,C qua ngăn cách ngẫu hợp quang điện dẫn đến IC6 tiến hành đo xác định,mỗi xảy hỏng hóc “thiếu pha”ngồi việc phong toả xung khởi động chỉnh lưu,còn phải khởi động đèn thị LED “D102” báo động 4.5.6 Để mạch khống chế vận hành chuẩn xác tin cậy,trên mạch khống chế lắp đặt khởi động ổn định thời gian bảo vệ thiếu 74 điện áp nguông khống chế.Trong khoảnh khắc mở máy,mạch điện khống chế công tác không ổn định,phải lắp đặt dịnh thời gian giây,sau định xong thời gian cho phép lấy xung khởi động.Mạch cấu tạo linh kiện IC2B.Nếu nguyên nhân gây nên điện áp chiêu thấp bảng khống chế,bộ ổn áp bị sai lệch.Phải lắp đặt mạch đo thiếu điện áp (cấu thành IC2A),một điện áp VCC thấp 12,5 V phong toả xung khởi động chỉnh lưu,phịng ngừa khởi động khơng xác, đồng thời đèn LED“D100”: sáng lên khởi động báo động Hình 4.20 Mạch khởi động tự động nằm bên IC6.Ngắn mạch dây nhảy để đóng mạch khởi động tự động 4.5.7 Hình 4.21 75 Q2 đo điện áp trung tần,dẫn vào 29P IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động đèn thị LED “D101” làm cho đèn sáng lên khởi động báo động, đồng thời làm cho dao động bảo vệ điện áp bắt đầu dao động Sau bảo vệ điện áp làm việc bảo vệ q dịng, có thơng qua việc phục hồi tín hiệu đóng mở máy để “nạp điện phục hồi”mới vận hành trở lại Điều chỉnh chiết áp vi chỉnh W2, điều chỉnh mức qua điện áp 4.5.8 Hình 4.22 IC4D mạch chung quanh cấu tạo thành mạch bảo vệ áp suất nước thấp kéo dài thời gian, thời gian kéo dài khoảng giây Dẫn vào đến 27P IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động cho sáng đèn thị LED “D103” khởi động báo động.Sau áp lực nước bình thường,mạch điện tự động phục hồi cơng tác bình thường Tín hiệu công tác phục hồi dẫn vào đầu số 29, trạng thái đóng phục hồi/tạm dừng Tín hiệu đồng hồ báo CLOCK dẫn đến IC5~35P, chu kỳ tín hiệu 20μs 76 4.5.9 Khối tạo điện áp cung cấp cho phần tử bảng mạch Hình 4.23 Khâu Ở dùng phẩn tử ổn áp 7805 để tạo điện áp V 7815 để tạo điện áp 15V 4.5.10 Nguyên lý hoạt động tác dụng chiết áp bảng mạch: Trên bảng mạch ta có chiết áp: Cơng dụng chiết áp sau: -W1: Chiết áp thiết kế dịng lớn nhất,khi có dịng phản hồi xác định dịng lớn nhất,chỉnh theo chiều kim đồng hồ làm tăng dòng lên,phạm vi điều chỉnh khoảng lần -W2: Chiết áp thiết kế điện áp trung tần lớn nhất,khi có điện áp phản hồi xác định áp trung tần lớn nhất,chỉnh theo chiều kim đồng hồ giảm nhỏ phạm vi điều chỉnh lớn lần -W3: Chiết áp thiết kế góc đẫn trước đổi chiều lớn nhất,theo chiều kim đồng hồ giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn khoảng 400-600 -W4: Chiết áp thiết kế góc dẫn trước đổi chiều nhỏ nhất,theo chiều kim đồng hồ giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn khoảng 200-400 77 -W5: Chiết áp thiết kế tần số đổi chiều ngoại kích lớn nhất,theo chiều kim đồng hồ giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn khoảng lần -W6: Chiết áp thiết kế tần số đầu vào kim đồng hồ báo chỉnh lưu,chỉnh theo chiều kim đồng hồ giảm nhỏ 4.5.11 Thiết kế riêng biến áp xung Từ bảng điều khiển ta thấy biến áp xung điều khiển van nghịch lưu mà không thấy biến áp xung điều khiển van nghịch lưu nên ta phải thiết kế biến áp xung cho van nghịch lưu Ở nghịch lưu đa dạng van nghịch lưu bốn van mà van van nghịch lưu khác loại D1 24V OUT1 G1 C1 R1 D2 C2 R2 K1 G2 D3 D4 K2 G3 C3 D5 D6 K3 G4 R3 C4 OUT2 D7 D8 K4 R4 Hình 4.24 Sơ đồ biến áp xung nghịch lưu Biến áp xung thực nhiệm vụ sau: - Cách ly mạch lực mạch điều khiển - Phối hợp trở kháng tầng KĐX cực điều khiển van lực - Nhân thành nhiều xung (BAX nhiều cuận thứ cấp) cho van cần mở đồng thời trương hợp phải mắc nối tiếp song song nhiều van 78 BAX phải làm việc với tần số cao nên lõi thép biến áp cho tần số lưới điện 50HZ không đáp ứng Lõi dẫn từ trường cho BAX thường dùng lõi ferit dạng xuyến,hình trụ có tiết diện kiểu chữ E Vì khả tải công suất tần số cao lớn nhiều lần tần số lưới điện bình thường nên kích thước lõi BAX dùng ferit nhỏ gọn hẳn.Tuy nhiên tổn thất biến áp tăng mạnh theo tần số nên cường độ từ cảm phải giảm đáng kể so với tần số 50Hz Q trình tính chọn biến áp xung vào thông số thyristor nghịch lưu sau: - Điện áp điều khiển thyristor: Udk = 1,32 V - Dòng điện điều khiển thyristor: Idk = 1,07m A - Thời gian mở xung: tm = 40 μs - Độ rộng xung điều khiển: tx = 2.tm - Mức sụt biên độ xung: sx = 0,15 Hình 4.25 Sơ đồ máy biến áp - Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến,làm việc phần đặc tính từ hố có: ΔB = 0,3T, ΔH = 30A/m Khơng có khe hở khơng khí - Tỷ số biến áp xung: Lấy m=3 - Điện áp cuộn thứ cấp biến áp xung: U2 = Udk = 1,32 (V) - Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp biến áp xung: 79 U1 = m.U2= 3.1,32 = 3,96 (V) - Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I2 = 0,107 (A) - Dòng điện sơ cấp biến áp xung: I1 = I2/m = 0,107/3 = 0,036A - Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: μtb = ΔB/μ0.ΔH = 0,3/1,25.30 = 8.10 (H/m) Trong μ0=1,25.10-6 (H/m) độ từ thẩm khơng khí - Thể tích lõi thép cần có là: V Q.L Thay số vào ta : V = μ tb μ t x sx U1.I1 ΔB 8.10 3.1,25 10 6.80 10 6.0,15 3,96 0,036 0,3 V = 0,190.10-6 (m3) Chọn mạch từ tích V = 0,190.10-6 (m3) Với thể tích ta có kích thước mạch từ sau: a = 4,5 mm; b = 6,5mm, d = 2cm, D = 3cm - Số vòng quấn dây sơ cấp biến áp xung: w1 = U1.tx/ΔB.Q = 165 vòng; - Số vòng dây thứ cấp: W2 = W1/m = 165/3 = 55 (vòng) - Tiết diện dây quấn thứ cấp: S1 = I1/J1 = 0,036/6 = 0,006 (mm ) Chọn độ dịng điện J = 6(A/mm2) - Đường kính dây quấn sơ cấp : d1 = 4.S1 = 4.0,006 = 0,076 (mm) 0,314 Chọn d = 0,08 (mm), S1 = 0,012 mm2 - Tiết diện dây quấn thứ cấp : S2 = I2/J2 = 0,107/4 = 0,0267 mm2 Chọn mật độ dịng điện J2 = A/mm2 - Đường kính dây quấn thứ cấp: d1 = 4.S1 = 4.0,0267 = 0,034 (mm) 0,314 Chọn dây có đường kính d2 = 0,08 (mm), S2 = 0,02 mm2 80 KẾT LUẬN Sau ba tháng nhận đề tài “Thiết kế thiết bị điều khiển lị trung tần nấu thép” Thơng qua đồ án giúp em hiểu thêm cách nhìn tổng quan hệ thống điều khiển, cách thiết kế, lựa chọn thiết bị cho sơ đồ điện thông qua phương phương pháp nêu đồ án nhiều vấn đề mà em chưa giải tìm hiểu cách lắp ghép máy tính để theo dõi điều khiển hệ thống Hướng giải quyết: Em cố gắng tìm hiểu qua nhiều tài liệu để khắc phục kiến thức cịn thiếu để hồn chỉnh thêm đồ án Trong trình thực đề tài chúng em gặp nhiều khó khăn bị hạn chế kiến thức thời gian thực đề tài nhờ hướng dẫn tận tình Th.S Nguyễn Đồn Phong nên cuối em hoàn thành đồ án thời hạn Em chân thành cám ơn thầy 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh (2001), Điện tử công suất , Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Phạm Quốc Hải - Dương Văn Nghi (2003), Phân tích giải mạch điện tử công suất , Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Phạm Minh Hà (1997), Kỹ thuật mạch điện tử , Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Vũ Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Liên Anh (2000), Trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp dung chung, Nhà Xuất Bản Giáo Dục Phạm Quốc Hải (2009), Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Lê Văn Doanh – Nguyễn Thế Công – Trần Văn Thịnh (2009), Điện tử công suất Lý thuyết – Thiết kế - Ứng dụng Tập I, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật 82 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƢƠNG TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ LÕ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA LÕ CẢM ỨNG KHÔNG LÕI SẮT 1.3 ĐẶC ĐIỂM CHỦ YẾU CỦA PHƢƠNG PHÁP LÕ ĐIỆN 1.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LÕ CẢM ỨNG KHÔNG LÕI THÉP 1.5 ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN LÝ CẢM ỨNG ĐIỆN TRONG LÕ CẢM ỨNG KHÔNG LÕI SẮT 1.5.1 Mức độ cảm ứng 1.5.2 Công suất điện 10 1.5.3 Hệ thống tụ điện bù 11 1.5.4 Ảnh hưởng từ thông tán xạ từ thông khối kim loại 13 1.6 PHÂN LOẠI 14 1.6.1 Theo số làm việc : 14 1.6.2 Theo phạm vi ứng dụng: 14 1.7 NGUỒN ĐIỆN CAO TẦN CÓ THỂ ĐƢỢC TẠO RA BẰNG CÁCH SAU: 15 1.7.1 Dùng máy phát điện tần số cao 15 1.7.2 Đèn phát tần số: 16 1.7.3 Dùng thyristor: 17 1.8 ƢU ĐIỂM, NHƢỢC ĐIỂM CỦA LÕ CẢM ỨNG KHÔNG LÕI SẮT 17 1.8.1 Ưu điểm: 17 1.8.2 Nhược điểm: 18 1.9 ỨNG DỤNG CỦA LÕ CẢM ỨNG KHÔNG LÕI SẮT 18 CHƢƠNG 19 GIỚI THIỆU LÕ CẢM ỨNG DÙNG BỘ BIẾN TẦN 19 83 2.1 LÕ CẢM ỨNG 19 2.1.1 Sơ đồ chức lò cảm ứng dùng biến tần 19 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng 20 2.1.3 Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu 22 2.1.4 Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần nghịch lưu 26 CHƢƠNG 29 THIẾT KẾ TÍNH TỐN MẠCH LỰC 29 3.1 SƠ ĐỒ 29 3.2 THUYẾT MINH 30 3.3 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 30 3.4 TÍNH TỐN THIẾT KỂ MẠCH CHỈNH LƢU 31 3.4.1 Tính tốn chọn van chỉnh lưu 31 3.4.3 Lựa chọn phương pháp bảo vệ van chỉnh lưu 33 3.4.4 Bảo vệ dòng cho van chỉnh lưu 34 3.4.5 Tính tồn lựa chọn máy cắt 34 3.4.6 Bảo vệ tốc độ tăng dòng di/dt cho Tiristor chỉnh lưu 37 3.4.7 Bảo vệ điện áp 38 3.4.8 Thiết kế cuộn kháng lọc chiều 40 3.4.9.Tính giá trị điện cảm cuộn kháng lọc: 41 3.4.10 Tính tốn cuộn kháng: 42 3.4.11 Tính kích thước lõi thép: 42 3.4.12 Tính điện trở dây quấn t0 = 20C đảm bảo độ sụt áp cho phép: 42 3.4.13 Số vòng dây cuộn cảm: 43 3.4.14 Tính mật độ từ trường: 43 3.4.15 Tính cường độ từ cảm: chỉnh lưu cầu pha có lần đập mạch chu kỳ điện áp: 43 3.4.16 Tính hệ số từ thẩm: 43 3.4.17 Trị số điện cảm nhận được: 43 3.4.18 Tiết diện dây quấn: 43 3.4.19 Xác định khe hở tối ưu: 44 84 3.4.20 Kích thước cuộn dây: 44 3.5 TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN MẠCH NGHỊCH LƢU 45 3.5.1 Phân tích sơ đồ 45 3.5.2 Tính tốn giá trị điện cảm lò 46 3.5.3 Tính tốn giá trị điện dung giàn tụ để mạch cộng hưởng 47 3.5.4 Tính tốn chọn van nghịch lưu 48 3.5.5 Lụa chọn van nghịch lưu 49 3.5.6 Lựa chọn phương án bảo vệ van nghịch lưu 50 3.5.7 Bảo vệ tốc độ tăng dòng di/dt cho Tiristor nghich lưu 50 3.5.8 Bảo vệ điện áp cho van nghịch lưu 50 CHƢƠNG 51 KH 51 4.1 CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT 51 4.2 THYRISTOR CÔNG SUẤT 51 4.2.1 Cấu tạo 52 4.2.2 Tín hiệu điều khiển thyristor 52 4.2.3 53 4.2.4 55 4.3 KHẢO SÁT BẢNG ĐIỀU KHIỂN LÕ TRUNG TẦN NẤU THÉP KGPS DÙNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN KĨ THUẬT SỐ 56 4.3.1 Khái quát : 56 4.3.2 Tên gọi sản phẩm : 57 4.3.3 Lắp đặt lò trung tần nấu thép : 58 4.3.4 Điều kiện sử dụng bình thường : 58 4.3.5 Các thông số kĩ thuật chủ yếu lò 58 4.3.6 Nguyên lý mạch điện bảng điều khiển 59 4.3.7 Nguyên lí chung mạch điều khiển 59 4.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỘ CHỈNH LƢU 60 63 85 64 65 66 67 4.5 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỘ NGHỊCH LƢU 69 4.5.1 Khâu đồng pha nghịch lưu 70 4.5.2 Khâu điều khiển nghịch lưu 71 71 73 74 74 75 76 4.5.9 Khối tạo điện áp cung cấp cho phần tử bảng mạch 77 4.5.10 Nguyên lý hoạt động tác dụng chiết áp bảng mạch: 77 4.5.11 Thiết kế riêng biến áp xung 78 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 86 ... loại lò Tần số làm việc, Hz Đường kính liệu, (mm) Loại lị cảm ứng 50 100 150 Lị tần số cơng nghiệp 1000 35 40 Lò trung tần 2000 25 30 Lò trung tần 3000 20 25 Lò trung tần 10.000 10 12 Lò cao tần. .. 500 10 0000 Hz ( Lò cảm ứng trung tần ) Đây lò trung gian lò cảm ứng tần số cơng nghiệp lị cảm ứng cao tần - Thiết bị cao tần với tần số làm việc 10 000 Hz ( Lò cảm ứng cao tần ) 1.6.2 Theo phạm... 69 70 22 28 H×nh 2.2 Sơ đồ nguyên lý lò trung tần nấu thép Hình 2.2 Sơ đồ ngun lý mạch lực lị trung tần nấu thép 2.1.3 Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lƣu Phần chỉnh lưu có