Bài 6 : Trang bị điện lũ điện
6.2 Lũ hồ quang
6.2.1 Khỏi niệm và phõn loại
Lũ hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và nấu thộp hợp kim chất lượng cao.
Lũ hồ quang được cấp nguồn từ biến ỏp lũ đặc biệt với điện ỏp đặt vào cuộn sơ cấp (6 ữ 10)kV, và cú hệ thống tự động điều chỉnh điện ỏp dưới tải.
115
+ Dung tớch định mức của lũ: số tấn kim loại lỏng của một mẻ nấu.
+ Cụng suất định mức của biến ỏp lũ: ảnh hưởng quyết định tới thời gian nấu luyện và năng suất của lũ.
2. Chu trỡnh nấu luyện của lũ hồ quang gồm ba giai đoạn với cỏc đặc điểm cụng nghệ sau:
+ Giai đoạn nung núng nguyờn liệu và nấu chảy kim loại.
Trong giai đoạn này, lũ cần cụng suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiờu thụ chiếm khoảng 60 ữ 80% năng lượng của toàn mẻ nấu luyện và thời gian chiếm 50 ữ 60% toàn bộ thời gian một chu trỡnh (thời gian một mẻ nấu luyện). Trong giai đoạn này thường xuyờn xảy ra hiện tượng ngắn mạch làm việc, ngọn lửa hồ quang chỏy kộm ổn định, cụng suất nhiệt khụng cao do ngọn lửa hồ quang ngắn (1 ữ 10mm).
+ Giai đoạn ụxy hoỏ là giai đoạn khử cacbon (C) của kim loại đến một trị số hạn định tuỳ theo mỏc thộp, khử phốt pho (P) và khử lưu huỳnh trong mẻ nấu. Ở giai đoạn này, cụng suất nhiệt chủ yếu để bự lại tổn hao nhiệt trong quỏ trỡnh nấu luyện; nú chiếm khoảng 60% cụng suất nhiệt của giai đoạn nấu chảy kim loại.
+ Giai đoạn hoàn nguyờn là giai đoạn khử oxy, khử sulfua trước khi thộp ra lũ. Cụng suất nhiệt của ngọn lửa hồ quang trong giai đoạn này khỏ ổn định. Cụng suất yờu cầu chiếm khoảng 30% của giai đoạn nấu chảy kim loại. Độ dài cung lửa hồ quang khoảng 20mm.
3. Cấu tạo và kết cấu của lũ hồ quang
Một lũ hồ quang bất kỳ đều phải cú cỏc bụ phận chớnh sau: - Nồi lũ cú lớp vỏ cỏch nhiệt, cửa lũ và miệng rút thộp nấu chảy. + Vũm, núc lũ cú vỏ cỏch nhiệt.
+ Giỏ nghiờng lũ. + Điện cực.
116 Và cỏc cơ cấu sau:
+ Cơ cấu nghiờng lũ để rút nước thộp và xỉ. + Cơ cấu quay vỏ lũ xung quanh trục của mỡnh.
117 + Cơ cấu dịch chyển vỏ lũ để nạp liệu.
+ Cơ cấu nõng vũm lũ để dịch chuyển vỏ lũ. + Cơ cấu dịch chuyển điện cực.
+ Cơ cấu nõng tấm chắn giú của cửa lũ.
Trong sỏu cơ cấu trờn (trừ cơ cấu dịch chuyển điện cực) đều dựng hệ truyền đụng xoay chiều với động cơ khụng đồng bộ rụto lồng súc hoặc rụto dõy quấn. Cũn cơ cấu dịch chuyển điện cực dựng hệ truyền đụng một chiều. Động cơ truyền đụng là động cơ điện một chiều kớch từ độc lập được cấp nguồn từ một bộ biến đổi. Bộ biến đổi cú thể là:
- Mỏy điờn khuếch đại - Khuếch đại từ.
- Bộ chỉnh lưu cú điều khiển dựng Thyristor.
Chế độ làm việc của động cơ dịch chuyển địện cực là chế độ ngắn hạn lặp lại.
6.2.2 Sơ đồ mạch điện động lực lũ hồ quang
Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực hồ quang Sơ đồ khối chức năng hệ điều chỉnh cụng suất lũ hồ quang
Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 7 (lũ hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai. Bộ điều chỉnh gồm cỏc phần tử cảm biến dũng 1 và biến ỏp 2, phần tử so sỏnh 3, bộ khuếch đại 5, cơ cấu chấp hành 6 và thiết bị đặt 3. Trờn phần tử so sỏnh 4 cú hai tớn hiệu từ đối tượng tới (từ đối tượng dũng và ỏp) và một tớn hiệu từ thiết bị đặt tới. Tớn hiệu so lệch từ phần tử so sỏnh được khuếch đại qua bộ khuếch đại 5 rồi đến cơ cấu chấp hành 6 để dịch cực theo hướng giảm sai lệch. Để hoàn thiện đặc tớnh động của hệ, nõng cao chất lượng điều chỉnh, thường sơ đồ cũn cú cỏc phần tử phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dũng , ỏp hồ quang v.v…Trong sơ đồ cũng cú thể cú cỏc phần tử chương trỡnh hoỏ, mỏy tớnh v.v…
118
Hệ điều chỉnh cú thể dựng khuếch đại từ, khuếch đại mỏy điện, Thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ…
119
3.2.2.2.Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lũ hồ quang dựng mỏy điện khuếch đại - động cơ 7R 3CL CB 9R 4CL CFA MĐKĐ 8R RA Đ BD 1CD 1R 1CL 10R RTh RD 3R CKĐ RD CĐC2 RA RTh 7 8 4R 2K 2CD 2 R 2CL 1K
120 1 2 9 10 11 12 3 4 + _ CĐC1 6R VỊ TRÍ TAY GẠT (1-2) + (3-4) : Nõng N (5-6) + (7-8) : Tự động (9-10)+(11-12) : Hạ H
121
Lũ hồ quang được trang bị bốn hệ truyền động như nhau, trong đú ba hệ dựng để truyền đụng ba điện cực, hệ cũn lại ở chế độ dự phũng.
Sơ đồ nguyờn lý của hệ truyền động được biểu diễn trờn hỡnh 3-4.
Động cơ điện một chiều kớch từ độc lập Đ truyền động nõng hạ điện cực thụng qua cơ cấu truyền lực dựng bỏnh răng - thanh răng được cấp nguồn từ mỏy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐ.
MĐKĐ cú ba cuộn kớch thớch:
- Cuộn chủ đạo CĐC1ở chế độ tự động và CĐC2 ở chế độ bằng tay. - Cuộn phản hồi õm điện ỏp CFA.
Ở chế độ tự động: cầu dao 1CD hở, 2CD đúng và tay gạt 5-6 và 7-8 đúng. Điện ỏp ra ở chỉnh lưu tỉ lệ với dũng điện hồ quang đặt lờn chiết ỏp 3R. Điện ỏp ra của cầu chỉnh lưu 2CL tỉ lệ với điện ỏp hồ quang đặt lờn chiết ỏp 4R. Điện ỏp đặt lờn cuộn kớch thớch CĐ1 bằng:
UCĐC1 = UR4 – UR3 (3.3)
Khi điện ỏp chưa chạm vào phụi liệu, dũng điện hồ quang (Ihq) bằng khụng, điện ỏp hồ quang là trị số cực đại Uhqmax. Điện ỏp đặt lờn cuộn CĐC1 bằng:
UCĐC1 = UR4 (3.4)
Sức từ động sinh ra trong cuộn CĐC1 cú chiều để MĐKĐ phỏt ra điện ỏp cú cực tớnh để động cơ Đ quay theo chiều hạ điện cực đi xuống với tốc độ chậm vỡ lỳc này dũng hồ quang bằng khụng nờn rơle dũng RD chưa tỏc động, điện trở 5R nối tiếp với cuộn CĐC1, mặt khỏc điột 3CL thụng làm ngắn mạch điện trở 7R nờn dũng trong cuộn phản hồi õm điện ỏp CFA tăng lờn.
Sức từ động tổng trong cỏc cuộn kớch thớch là:
Ft = Fcđ - FA (3.5)
sẽ giảm xuống, kết quả là điện cực được hạ xuống chậm.
122
hồ quang cú trị số cực đại (Ihq = Inm), cũn điện ỏp hồ quang bằng khụng (Uhq = 0). Mặt khỏc rơ le dũng RD tỏc động nờn điện trở 5R bị ngắn mạch, điện ỏp đặt trờn cuộn CĐC1 bằng điện ỏp đặt lờn điện trở R3.
UCĐC1 = UR3 (3.6)
Sức từ đụng do cuộn dõy CĐC1 đảo chiều, mỏy điện khuếch đại phỏt ra điẹn ỏp cú cực tớnh ngược lại, làm cho đụng cơ đảo chiều quay kộo điện cực lờn nhanh. Trong chế độ nõng, điụt 3CL khoỏ, điện trở 7R được nối tiếp với cuộn CFA làm giảm sức từ động FA; đồng thời điụt 4CL thụng nờn rơle điện ỏp RA tỏc động làm cuộn dõy rơle thời gian mất điện. Sau thời gian mở chậm, tiếp điểm RTh mở ra đưa điện trở 10R vào nối tiếp với cuộn kớch thớch CKĐ của động cơ làm giảm từ thụng để tăng tốc động cơ trờn tốc độ cơ bản. Kết quả là sức từ động tổng trong cỏc cuộn kớch từ tăng lờn để điện
123
cực được kộo lờn nhanh khỏi phụi liệu và sau thời gian chỉnh định (đủ để cho điện ỏp MĐKĐ đạt đến định mức) từ thụng động cơ giảm để tốc độ tăng trờn tốc độ cơ bản.
Khi điện cực nõng khỏi phụi liệu, ngọn lửa hồ quang xuất hiện, quỏ trỡnh mồi hồ quang hoàn tất. Trong quỏ trỡnh điện cực di chuyển theo chiều đi lờn, dũng điện hồ quang giảm, điện ỏp hồ quang tăng lờn. Hiệu điện ỏp lấy trờn chiết ỏp 3R và 4R giảm dần, sức từ động giảm, điện ỏp phỏt ra của mỏy điờn khuếch đại giảm dần và động cơ nõng điện cực chậm dần. Khi điện ỏp mỏy phỏt của mỏy điện khuếch đại nhỏ hơn ngưỡng tỏc động của RA, RA khụng tỏc động nờn RTh cú điện để ngắn mạch điện trở 10R làm tăng dũng của cuộn CKĐ đến giỏ trị định mức, tốc độ động cơ lại càng giảm đến thời điểm thời điểm khi điện ỏp trờn 3R và 4R cõn bằng về trị số, điện ỏp trờn cuộn CĐC1 bằng khụng, điện ỏp phỏt ra của mỏy điện khuếch đại bằng khụng động cơ ngừng quay, ngọn lửa hồ quang chỏy ổn định. Trong quỏ trỡnh nấu luyện, do sự bắn phỏ của cỏc điện tử lờn bề mặt điện cực, làm cho điện cực bị mũn dần, hệ truyền động sẽ tự động hạ điện cực theo chiều đi xuống để duy trỡ độ dài cung lửa hồ quang khụng đổi, duy trỡ tỷ số:
U hq
I hq
= const (3.7)
Ở chế độ khống chế bằng tay, cầu dao 1CD đúng, 2CD mở, tay gạt 1-2 và 3-4 đúng (để nõng điện cực) hoặc 9-10 và 11-12 đúng (để hạ điện cực), cuộn CĐC2 cú điện, chức năng tương tự như cuộn CĐC1 ở chế độ tự động. 3.2.2.3.Sơ đồ dịch cực lũ hồ quang dựng Thyristor.
Bộ điều chỉnh cụng suất lũ hồ quang dựng Thyristor cú thể làm việc với lũ dung lượng 200T, động cơ dịch cực cú cụng suất 11kW. Tốc độ dịch cực tối đa 5m/ph khi dựng thanh răng và 1,5m/ph khi dựng tời.
124
- Động cơ một chiều kớch từ độc lập Đ truyền động dịch chuyển điện cực thụng qua cơ cấu truyền động thanh răng - bỏnh răng được cấp nguồn từ bộ biến đổi dựng thyristor.
- Bộ biến đổi là hai bộ chỉnh lưu hỡnh tia ba pha nối song song ngược: 1T, 3T, 5T và 2T, 4T, 6T.
- Biến ỏp động lực 2BA cú chức năng phối hợp điện ỏp giữa lưới điện và động cơ điện, đồng thời hạn chế dũng điện ngắn mạch và hạn chế tốc độ tăng dũng anot để bảo vệ cỏc thyristor.
- Cuộn khỏng cõn bằng CKCB1 và CKCB2 hạn chế dũng cõn bằng.
- Trị số tốc độ và chiều quay của động cơ phụ thuộc vào điện ỏp ra của bộ biến đổi . Trị số này phụ thuộc vào gúc mở α của cỏc thyristor
125
Hỡnh 6.9 Sơ đồ nguyờn lý hệ truyền động dịch chuyển điện cực dựng hệ T - Đ
- Điều khiển bộ biến đổi này dựng phương phỏp điều khiển chung (phối hợp tuyến tớnh):
α1 + α2 = 1800 + Mạch điều khiển
- Điện ỏp ra trờn cầu chỉnh lưu 1CL tỷ lệ với dũng điện hồ quang (Ihq) đặt lờn chiết ỏp VR2.
- Điện ỏp ra trờn cầu chỉnh lưu 2CL tỷ lệ với điện ỏp hồ quang đặt lờn chiết ỏp VR3. Tổng đại số của hai điện ỏp trờn hai chiết ỏp đú đưa vào khõu KN (khõu khụng nhạy tạo ra đoạn a1 - a2) nếu tổng đại số của hai điện ỏp trờn nhỏ hơn trị số điện ỏp của khõu KN, điện ỏp ta của KN (tương ứng như điện ỏp chủ đạo) bằng khụng. Lỳc đú gúc mở α = 900 cho hai nhúm van, điện ỏp ra của hai bộ biến đổi bằng khụng, động cơ dừng quay.
126
Nếu chế độ làm việc của lũ sai lệch khỏi chế độ đó đặt (như Ihq tăng do hiện tượng ngắn mạch làm việc, Uhq tăng do chưa mồi được hồ quang hoặc ngọn lửa hồ quang bị đứt) thỡ tổng đại số trờn hai chiết ỏp VR2 và VR3 lớn hơn điện ỏp ngưỡng của vựng khụng nhạy, điện ỏp ra của KN khỏc khụng, cực tớnh điện ỏp ra của KN sẽ quyết định trị số gúc của α để cho bộ biến đổi
127
%) phỏt ra điện ỏp cú cực tớnh để động cơ
quay theo chiều nõng hoặc hạ điện cực. - Khi điện ỏp hồ quang (Uhq) tăng, cực tớnh của điờn ỏp ra của khõu KN sẽ làm cho bộ biến đổi phỏt ra điện ỏp để động cơ quay theo chiều hạ điện cực.
- Khi dũng điện hồ quang tăng, cực tớnh ra của khõu KN đổi cực tớnh, kết quả động cơ quay theo chiều nõng điện cực đi lờn. Ở vựng dũng hồ quang thay đổi nhỏ, tốc độ nõng điện cực tỷ lệ với số gia ∆Ihq (đoạn a2 b) ở vựng thay đổi lớn của dũng hồ quang, thỡ tốc độ nõng điện cực tăng Vmax a1 hạ Vcực a2 -Vmax nõng c b ∆Ihq(%)
nhảy vọt ( làm việc ở chế độ rơle) nhờ điốt ổn ỏp trong khõu phản hồi õm điện ỏp KFH
Hỡnh 6.10 Đặc tớnh tĩnh của bộ điều chỉnh dịch cực lũ hồ quang dựng thyristor
128
Các từ viết tắt
ĐC Động cơ nói chung
ĐKB động cơ không đồng bộ
ĐC - DC Động cơ đIện một chiều
ĐC - DC
KTĐL Động cơ một chiều kích từ độc lập
ĐC - DC
KTNT Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
ĐC - DC KT// Động cơ một chiều kích từ song song
rpm round per minute (số vòng phút)
var Variable (thay đổi, không ổn định)
const Constane (không đổi, cố định)
FK máy phát kích
CCSX cơ cấu sản xuất (máy công tác).
TĐKC tự động khống chế
CD cầu dao đIện
CC Cầu chì CB Aptomat D Nút dừng máy M Nút mở máy KH Công tắc hành trình KC Bộ khống chế (tay gạt cơ khí) A, B, C Các dây pha A, B, C N, O Dây trung tính CTT Cơng tắc tơ RN Rơ-le nhiệt
RTh Rơ le thời gian
RU Rơ le điện áp
RI Rơ le dòng điện
129 RTĐ Rơ le tốc độ RTT Rơ le thiếu từ tr-ờng RG Rơle gia tốc FH Phanh hãm điện từ TĐKC tự động khống chế ĐChTĐ Điều chỉnh tốc độ
130
Tài liệu tham khảo
Vũ Quang Hồi Trang bị điện - điện tử cho máy công nghiệp dùng
chung, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1996.
Trịnh Đình Đề Điều khiển tự động truyền động điện, NXB Đại học và
Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1983.
Bùi Đình Tiếu
(ng-ời dịch)
Các đặc tính của động cơ trong truyền động điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1979.
Bùi Đình Tiếu, Đặng Duy Nhi
Truyền động điện tự động, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1982.
Võ Hồng Căn Phạm Thế Hựu
Phân tích mạch điện máy cắt gọt kim loại, NXB Công nhân kỹ thuật, Hà Nội, 1982.
Trung Tâm Việt Đức - ĐH S- Phạm Kỹ Thuật TPHCM