I. Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực của lò hồ quang
2. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ.
*ở chế độ điều khiển bằng tay . Có hai trờng hợp nâng và hạ :
Giả sử bật công tắc điều khiển ở vị trí nâng thì tiếp điểm 1và 2 , 3 và 4 sẽ kín còn các tiếp điểm khác hở. Cuộn CĐC2 đợc cung cấp điện áp với giá trị điện áp có thể điều chỉnh bằng 6R, và cực tính dơng ở phía con trợt 6R . Lúc này điện áp phát ra của MĐKĐ có cực tính làm cho động cơ quay theo chiều nâng điện cực, tốc độ nâng phụ thuộc vào vị trí con trợt trên 6R. Muốn dừng, ta bật công tắc về vị trí dừng, tất cả các công tắc của tiếp điểm hở và động cơ sẽ đợc hãm.
Giả sử bật công tắc về vị trí hạ thì các tiếp 9 và 10, 11 và 12 sẽ kín, dẫn điện cuộn CĐC2 cũng đợc cấp điện nhng cực tính của điện áp trên cuộn dây lúc này ngợc so với trờng hợp để công tắc ở vị trí nâng, dẫn đến MĐKĐ sẽ phát ra một sđđ với cực tính ngợc lại, động cơ sẽ quay theo chiều hạ điện cực. Trong trờng hợp hạ điện cực thì do hệ số phản hồi âm điện áp tăng nên tốc độ hạ sẽ nhỏ hơn tốc độ nâng khi cùng một giá trị điện áp đặt lên cuộn CĐC2.
*ở chế độ điều khiển tự động .
Bật công tắc điều khiển ở vị trí tự động, thì các tiếp điểm 5 và 6, 7 và 8 kín. Đồng thời mở 1CD và đóng 2CD. Điện áp ra trên chỉnh lu 1CL tỉ lệ với dòng điện HQ và rơi trên điện trở 5R. Điện áp ra trên chỉnh lu 2Cl tỉ lệ với điện áp HQ và rơi trên điện trở 4R. Hiệu số của hai điện áp này sẽ đặt lên cuộn CĐC1 và khống chế MĐKĐ điều khiển quá trình nâng hạ điện cực tự động. Ta xét một số quá trình sau:
Khi làm việc bình thờng: Giả sử lò đang làm việc có phần điện áp lấy trên các phân áp 4R và 5R, trên 4R kí hiệu là a.Uhq, trên 5R kí hệu là b.Ihq. Trong đó a, b là các hằng số có thể điều chỉnh đợc bằng các biến trở. Ta quy - ớc chiều quay của động cơ khi hạ điện cực là chiều quay dơng tức là chiều quay thuận, và lúc này tơng ứng điện áp trên cuộn CĐC1 cũng dơng, và chiều quy ớc của điện áp trên CĐC1 có chiều nh hình vẽ.
khi đó Ucđ = a. Uhq - b. Ihq
Nếu Ucđ = 0 thì stđ của cuộn chủ đạo CĐC1 = 0 và động cơ không quay. Điện cực sẽ không dịch chuyển, khoảng cách giữa điện cực và bề mặt
kim loại trong trờng hợp này bằng khoảng cách đặt và giá trị của điện áp HQ cũng nh dòng điện HQ, trong trờng hợp này cũng đợc gọi là giá trị đặt : U0hq , I0hq.
a. U0hq = b . I0hq => Z0hq = U0hq / I0hq = b/a.
Thông thờng khi làm việc thì điện cực sẽ mòn dần dẫn đến khoảng cách giữa điện cực và kim loại sẽ tăng dần lên, dòng điện HQ sẽ giảm và điện áp HQ sẽ tăng ( tổng trở HQ tăng ). Lúc đó: a.Uhq > a.U0hq và b.Ihq < b.I0hq => Ucđ dơng xuất hiện sđđ của MĐKĐ làm cho động cơ quay để hạ điện cực, nếu sai lệch càng lớn thì giá trị điện áp đặt lên cuộn CĐC1 càng lớn thì tốc độ dịch chuyển điện cực càng nhanh. Ngợc lại, khi khoảng cách giữa điện cực và kim loại giảm xuống bằng giá trị đặt thì Ucđ = 0 và động cơ sẽ ngừng quay. Nếu điện cực quá gần bề mặt kim loại, thì Ucđ sẽ âm, động cơ sẽ làm việc theo chiều nâng điện cực để tự động duy trì khoảng cách giữa điện cực và bề mặt kim loại (tức là duy trì chiều dài HQ hay tổng trở HQ).
Quá trình mồi HQ khi khởi động.
Giả sử trớc khi làm việc điện cực không tiếp xúc với kim loại trong lò, để khởi động, ngời ta đóng nguồn cung cấp cho mạch chính của lò, ngắt 1CD và đóng 2CD đặt chế độ làm việc ( xác định giá trị a và b bằng 1R, 2R, 4R, 5R) khởi động động cơ sơ cấp kéo MĐKĐ và đóng các nguồn cung cấp cho mạch kích từ động cơ. Muốn khởi động lò và cho làm việc ở chế độ khống chế tự động. Lúc này, do Ihq = 0 nên Uhq đạt giá trị lớn nhất, dẫn đến Ucđ đạt giá trị lớn nhất và dơng, động cơ sẽ quay thuận với tốc độ tơng đối lớn để hạ điện cực. Khi điện cực chạm vào kim loại thì xảy ra ngắn mạch làm việc, dòng điện HQ tăng lên và đạt giá trị lớn nhất, còn điện áp HQ sẽ giảm xuống và xấp xỉ bằng không. Điện áp chủ đạo đổi chiều và có giá trị lớn làm cho động cơ đổi chiều quay với gia tốc lớn tách nhanh động cơ nâng điện cực lên chậm dần. Khi điện áp phát ra của MĐKĐ dới ngỡng nhả của rơ le áp RA thì điện trở 9R đợc tách khỏi mạch kích từ động cơ, tốc độ động cơ càng chậm. Khi cân bằng, thì điện áp tỉ lệ với dòng HQ rơi trên 5R và điện áp tỷ lệ với áp HQ rơi trên 4R, thì stđ của CĐC1 = 0, điện áp MĐKĐ = 0, động cơ Đ dừng quay và HQ cháy ổn định.
Nếu mất ổn định, hiệu số điện áp sẽ có và CĐC1 sẽ có stđ làm MĐKĐ phát ra điện áp chạy động cơ Đ để dịch cực. Chiều và tốc độ dịch cực phụ thuộc vào chiều và độ lớn stđ cuộn CĐC1. Nếu dòng Ihq tăng ( chiều dài cung lửa giảm ) thì động cơ nâng điện cực lên. Nếu dòng Ihq giảm thì ngợc lại.
Khi đứt HQ ( Ihq = 0 ) quá trình diễn biến nh lúc mồi HQ. Nhận xét:
+Ưu điểm : hệ thống có sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn và có thể điều chỉnh bằng tay và tự động.
+Nhợc điểm : hệ thống dùng nhiều máy điện quay cồng kềnh, tốn nhiều diện tích,gây tiếng ồn lớn, vận hành, bảo dỡng khó khăn. Ngoài ra các máy điện một chiều có từ d, đặc tính từ hoá trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
III.Cơ cấu nâng hạ điện cực dùng hệ thống T-Đ
Sơ đồ nguyên lý một pha nh hình vẽ:
Đ 4R 3VD 4VD 1R CL1 2R CL2 3R NKT XP2 NĐK XP1 Ng KĐ
Sơ đồ này sử dụng bộ chỉnh lu điều khiển dùng Tiristor mắc theo sơ đồ tia 3 pha song song ngợc.
Giới thiệu sơ đồ:
BA1, BA2: các máy biến áp tín hiệu dòng áp hồ quang. CL1,Cl2:các chỉnh lu đi ốt.
KN: khối không nhạy.
KĐ: khối khuếch đại :khuếch đại tín hiệu điều khiển.
NĐK: nguồn điều khiển ,đa các tín hiệu điều khiển tới các khâu phát xung XP1, XP2 để điều chỉnh góc mở tiristor.
Ng: khối nguồn ,nguồn nuôi cho khối khuếch đại.
Ta thấy rằng tốc độ động cơ đợc quyết định bởi hiệu số của tín hiệu ra khối KN và tín hiệu phản hồi âm điện áp.
Điốt ổn áp 4VD đợc đa vào nhằm mục đích tạo chế độ rơ le trên đặc tính (trên đoạn đặc tính động cơ quay theo chiều nâng điện cực).
Khi tín hiệu điện áp lấy trên BA1, BA2tức là tín hiệu tỉ lệ với dòng điện và điện áp hồ quang đợc đa vào các bộ khuếch đại chỉnh lu CL1, CL2 mà thay đổi ta có.
Khi dòng hồ quang Ihq mà thay đổi (dòng điện hồ quang phía sơ cấp may biến áp lò). Dẫn đến các tín hiệu trên thay đổi theo (tăng) do dòng hồ quang tăng. Các tín hiệu này đợc đa vào khối không nhạy và đa sang khối khuếch đại KĐ. Khối khuếch đại sẽ khuếch đại lên và đa sang khối nguồn điều khiển NĐK. Nguồn điều khiển sẽ tạo ra điện áp điều khiển đa sang khối phát xung XP1và làm cho góc mở thay đổi dẫn đến làm điệp áp chỉnh lu tăng và dẫn đến độngcơ quay thuận với tốc độ tăng dần và điện cực sẽ đợc nâng lên và dẫn đến dòng điện hồ quang lại dợc điều chỉnh giảm dần về giá trị định mức thì động cơ sẽ ngừng quay.
Tơng tự nh trên khi dòng hồ quang giảm nhỏ hơn giá trị định mức lúc đó tín hiệu điều khiển ở khối nguồn điều khiển sẽ làm cho khối phát xung XP2 làm việc và động cơ sẽ đợc điều khiển quay theo chiều ngợc lại dẫn đến điện cực hạ dần xuống và dẫn đến dòng hồ quang tăng dần đến giá trị định mức thì động cơ dừng.
Khi xảy ra ngắn mạch làm việc thì khối nguồn điều khiển sẽ đa ra một tín hiệu điều khiển sang khối phát xung XP1 và dẫn đến điện áp ra của bộ chỉnh lu là lớn nhất và tốc độ động cơ là lớn nhất. Do đó ngắn mạch làm việc sẽ bị loại trừ nhanh
Đặc tính tĩnh của hệ thống đợc mô tả dới đây.
ở vùng thay đổi nhỏ của dòng điện hồ quang thì tốc độ nâng tỷ lệ với số gia ∆Ihq%( đoạn a1 b1 ). ở vùng thay đổi lớn thì tốc độ nâng nhảy vọt, chế độ rơle đạt đợc nhờ ổn áp 4VD trong mạch phản hồi âm điện áp.
Nhận xét:
Ưu điểm:
- Hệ thống này đáp ứng đầy đủ các công nghệ lò hồ quang
- Có thể loại trừ nhanh sự cố ngắn mạch làm việc và đứt hồ quang. Khi đứt hồ quang lò có thể tự mồi lại.
- Không tác động khi có sai lệch nhỏ do đó loại trừ đợc hiện tợng quá điều chỉnh.
- Sau khi sai lệch của dòng điện hồ quang tín hiệu sai lệch nhỏ hơn vùng không nhạy và dới tác động của phản hồi sẽ xảy ra quá trình hãm điện.
Ib2 b2 a2o b1 a1 nâng -Vmax Vmax Vcực
Nhợc diểm:
- Giá thành cao, hơn nữa động cơ một chiều lại không đợc sử dụng phổ biến.
- Hệ thống này chỉ thích hợp với những lò nấu luyện thép chất lợng cao. Khi áp dụng cho các lò luyện mangan, đất đèn, gang thì việc sử dụng hệ thống trên là không cần thiết.